二通插裝閥方向控制回路故障的分析與排除

趙靜一，劉平國，程 斐，郭 銳

（1.浙江大學(xué) 流體與機(jī)電系統(tǒng)國家重點實驗室，浙江 杭州 310000；2.燕山大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

液壓故障是指液壓元件或系統(tǒng)喪失了應(yīng)達(dá)到的功能及出現(xiàn)某些問題的情形.故障診斷是從基本工作原理出發(fā)，以元件的構(gòu)造和工作特性為基點，排除設(shè)計制造安裝缺陷帶來的問題，正確判斷產(chǎn)生故障的原因，并能預(yù)測出未來的運(yùn)行狀態(tài).對發(fā)生故障的液壓系統(tǒng)進(jìn)行快速診斷，確定液壓設(shè)備發(fā)生故障的部位及產(chǎn)生故障的性質(zhì)和原因，并采取相應(yīng)的措施，確?；謴?fù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是每個工程技術(shù)人員及生產(chǎn)管理者共同關(guān)注的問題［1－2］.

二通插裝閥具有流通能力大、適用各種介質(zhì)、易于集成化標(biāo)準(zhǔn)化等特點，如今已廣泛應(yīng)用于冶金、工程機(jī)械、船舶及其他領(lǐng)域并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益［3］.二通插裝閥通過配置不同的先導(dǎo)控制級，靈活多變的組合可以實現(xiàn)方向、壓力、流量的多種控制.本文列舉一種二通插裝閥方向控制回路應(yīng)用在沖洗泵站中的實例，針對該回路在調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行全面分析，利用故障樹的分析方法最終找出故障點并進(jìn)行解決.

1 二通插裝閥結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 二通插裝閥的結(jié)構(gòu)

二通插裝閥通常由先導(dǎo)元件1、控制蓋板2、插入元件3、插裝閥體4等部分組成（如圖1所示）.先導(dǎo)元件由電磁換向閥和先導(dǎo)控制閥組成，是二通插裝閥的控制級，一般是以板式或疊加式連接安裝于控制蓋板上.控制蓋板一方面起固定插入元件的作用，另一方面還是連接插入元件和先導(dǎo)元件的橋梁，與先導(dǎo)元件一起組成二通插裝閥的先導(dǎo)控制級.插入元件是二通插裝閥的主級或稱功率元件，插裝在插裝閥體內(nèi)，通過它的開啟與關(guān)閉及開啟量的大小實現(xiàn)對方向、壓力和速度的控制.插裝閥體用來安裝插入元件和控制蓋板，加工有插入元件和控制蓋板的安裝孔及其他的液壓油通道［4］.

圖1 二通插裝閥結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of two-way cartridge valve

1.2 二通插裝閥的工作原理

插入元件的基本結(jié)構(gòu)如圖1，A，B腔為主油路工作腔，C腔為控制腔.設(shè)A，B，C腔的壓力及作用面積分別為pA，pB，pC和AA，AB，AC（其中AC＝AA＋AB），設(shè)彈簧作用力為FX，液流的穩(wěn)態(tài)液動力為FY.插入元件的工作狀態(tài)是由作用在閥芯上合力的大小和方向來決定，當(dāng)忽略閥芯的重力及閥芯與閥套之間的摩擦力作用時，閥芯所受的合力為

由式（1）可知當(dāng)取與閥芯開啟方向相同的力為正值，相反的力為負(fù)值時，當(dāng)合力為正，即∑F＞0，閥芯開啟；當(dāng)合力為負(fù)，即∑F＜0，閥芯關(guān)閉；當(dāng)∑F＝0，閥芯處于平衡狀態(tài).根據(jù)以上工作原理可以看出二通插裝閥具有換向閥和單向閥的機(jī)能，能實現(xiàn)方向控制；設(shè)定控制腔的壓力，能實現(xiàn)壓力控制的功能；在控制腔設(shè)置行程調(diào)節(jié)裝置，對閥芯的開口大小進(jìn)行控制，從而又能實現(xiàn)對流量的控制.從以上可以得出二通插裝閥能通過不同的先導(dǎo)級實現(xiàn)不同的功能，具有多機(jī)能的特點［5］.

2 二通插裝閥方向控制回路的故障分析與排除

液壓系統(tǒng)是否能夠達(dá)到預(yù)期的效果，實現(xiàn)想要的動作，設(shè)計、制造、安裝與調(diào)試環(huán)環(huán)相扣，尤其是在調(diào)試階段，對現(xiàn)場出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析與排除不僅關(guān)系到整個系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，而且能夠直接檢測出系統(tǒng)在設(shè)計、制造、安裝階段存在的問題.

液壓管路沖洗泵站是液壓系統(tǒng)安裝過程中的重要裝備之一，能夠循環(huán)對液壓管路進(jìn)行沖洗，使管路達(dá)到系統(tǒng)所要求的清潔度等級.它主要由液壓泵、電機(jī)、主控制閥塊、換向控制閥塊、沖洗過渡閥塊等部分組成.本文主要分析沖洗泵站中二通插裝閥方向控制回路在調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障，并進(jìn)行診斷與排除.

泵站開始調(diào)試時沖洗工作油口流量小、流速慢，壓力建立不起來，經(jīng)測試換向控制閥塊進(jìn)油口P口的進(jìn)油流量基本上與泵的額定流量相符，說明換向控制閥塊之前的油路沒有故障，綜合分析后把故障確定在換向控制閥塊上.換向控制閥塊液壓原理圖如圖2所示.

圖2 換向控制閥塊液壓原理圖Fig.2 Schematic diagram of reversing valves piece of hydraulic

2.1 兩油口都有油液，流量一大一小，均達(dá)不到正常的流量

從圖2可知換向控制閥塊由二通插裝閥、電磁換向閥、高壓球閥、過濾器等組成，其中二通插裝閥的控制蓋板有WEA型和WEB型兩種.WEA表示常閉型，即P口與插裝閥C腔常通，從而保持閥芯常閉；WEB表示常開型，即插裝閥C腔與回油Y口常通，從而保持閥芯常開.換向控制閥塊是通過兩種類型的控制蓋板結(jié)合電磁換向閥的得電與失電進(jìn)而實現(xiàn)對管路進(jìn)行換向沖洗.

根據(jù)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象首先對各元件依次進(jìn)行安裝檢查，發(fā)現(xiàn)控制蓋板7和8的位置安裝反了（如圖3所示）.對圖2進(jìn)行分析可知當(dāng)控制蓋板7和8位置調(diào)換時，控制蓋板7由常閉型變成常開型，而控制蓋板8由常開型變成常閉型，當(dāng)DT1—DT4失電時油液能通過插裝閥3到油口1，同時能通過插裝閥2經(jīng)過高壓球閥15、過濾器16到回油口T；當(dāng)DT1—DT4得電時油液能通過插裝閥4到油口2，同時能通過插裝閥1經(jīng)過高壓球閥15、過濾器16到回油T，從而就使得油液大部分都流回油箱.

2.2 兩油口出油紊亂且流量較小，不能正常換向

調(diào)換兩個控制蓋板的位置后，發(fā)現(xiàn)兩油口油液流量紊亂而且流量仍然比較小，而且換向不正常，大部分油液仍然回油箱.檢測換向控制閥塊里油路正常并且過濾器和球閥都正常，電磁換向閥也能正常進(jìn)行換向動作，從而判斷故障出現(xiàn)在二通插裝閥組，通過對換向控制閥塊液壓原理進(jìn)行分析并結(jié)合現(xiàn)場試驗，對各個插裝閥進(jìn)行檢測，具體故障樹如圖4所示.當(dāng)DT3，DT4得電，DT1，DT2失電時，觀察到油口1、T口有油液，油口2沒有油液；當(dāng)DT2，DT3，DT4得電，DT1失電時，觀察到油口1有油液，T口、油口2沒有油液，則證明插裝閥2正常.當(dāng)DT2，DT3，DT4得電，DT1失電時，觀察到油口1有油液，油口2、T口沒有油液；當(dāng)DT2，DT3都得電，DT1，DT4失電，觀察到油口1、油口2有油液，T口沒有油液；則證明插裝閥4正常.當(dāng)DT4得電，DT1，DT2，DT3失電時，觀察到油口1、T口有油液，油口2沒有油液；當(dāng)DT1，DT3失電，DT2，DT4得電時，觀察到油口1有油液，油口2、T口沒有油液，則證明插裝閥3出現(xiàn)故障.當(dāng)DT2，DT3得電，DT1，DT4失電時，觀察到油口1、油口2有油液，T口沒有油液；當(dāng)DT1，DT2，DT3得電，DT4失電時，觀察到油口1、油口2、T口有油液，則證明插裝閥1正常.

圖3 控制蓋板安裝示意圖Fig.3 Examples for installation of control cover

由圖4，最終確定故障點是在插入元件3，通過對插入元件3進(jìn)行試驗臺檢測閥本身合格，把插入元件3安裝到插入元件1的位置上，按照判斷插入元件1的步驟對閥進(jìn)行試驗，同樣得出插入元件3本身沒有故障.再結(jié)合安裝時發(fā)現(xiàn)插入元件3安裝比較困難，閥座很難安裝到換向控制閥塊的閥座孔內(nèi)，從而判斷是閥塊的閥座孔加工問題.

圖4 故障樹分析圖Fig.4 Chart of fault tree analysis

2.3 故障解決

通過前面的分析，對3號閥座孔進(jìn)行精確測量，發(fā)現(xiàn)其中安裝插入元件孔的加工深度為57.6mm，標(biāo)準(zhǔn)要求為（58±0.2）mm，比最小規(guī)定深度少0.2mm，安裝示意圖如圖5a所示.由于3號閥座孔深度未達(dá)到安裝要求，在4個螺栓扭矩的作用下通過控制蓋板壓在插入元件的閥套上，使閥套產(chǎn)生變形，變形后的閥套與閥芯間相對運(yùn)動的摩擦力增大，進(jìn)而影響閥芯的控制狀態(tài)，產(chǎn)生閥芯開口的紊亂.嚴(yán)格按照GBT2877—2007中對主油口公稱通徑為25mm的方形蓋板插裝閥所規(guī)定的尺寸要求，對插裝孔進(jìn)行二次改進(jìn)加工，最終故障得到解決，沖洗泵站能進(jìn)行正常的換向沖洗.3號閥座孔二次加工后安裝示意圖如圖5b所示.

3 結(jié)語

針對某沖洗泵站一種二通插裝閥方向控制回路在調(diào)試中出現(xiàn)的故障，在分析了二通插裝閥的工作原理基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場試驗檢測，應(yīng)用液壓回路故障樹的分析方法對故障進(jìn)行分析并找出故障點：插裝閥體加工尺寸誤差過大，屬于典型的液壓系統(tǒng)制造階段遺留的故障，通過嚴(yán)格的二次精加工解決了故障，使泵站能夠正常工作.通過對該二通插裝閥方向控制回路故障的解決方法能對類似的插裝閥系統(tǒng)故障的診斷與排除起到很好的借鑒作用.

圖5 精加工前后安裝示意圖Fig.5 Examples for installation of finish machining

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