氣動測試旋轉(zhuǎn)閥性能的研究及應(yīng)用

馬英霞 王卓崗 陳啟超

(中航工業(yè)慶安集團有限公司，陜西西安 710077)

旋轉(zhuǎn)閥是液壓閥的主要結(jié)構(gòu)形式之一，廣泛用于作戰(zhàn)飛機機翼及尾翼某運動部位的液壓助力操縱，是助力器操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一。本文介紹的旋轉(zhuǎn)閥由主閥、副閥、內(nèi)套和外套組成。雖然旋轉(zhuǎn)閥產(chǎn)品在我公司已經(jīng)生產(chǎn)了好多年，但對于旋轉(zhuǎn)閥的制造、裝配以及性能測試還處于初步認識的階段，尤其對旋轉(zhuǎn)閥性能的判斷還非常落后，僅維持在裝配單位(筆者公司零、組件的裝配與零件的加工分在不同的單位)裝配后的性能檢測環(huán)節(jié)。處于此環(huán)節(jié)的不足之處:

(1)該閥類零件生產(chǎn)過程中存在的問題發(fā)現(xiàn)比較晚，影響裝配進度及產(chǎn)品的交付節(jié)點。

(2)零件在生產(chǎn)過程中根本無法提前控制和補救。

(3)過多的零件因無法返修而報廢，造成浪費。

2011年、2012年，旋轉(zhuǎn)閥部件交付處于極其被動的時期，產(chǎn)品節(jié)點等來的一批批旋轉(zhuǎn)閥在產(chǎn)品裝配、性能測試后被告知:閥的性能不合格。

問題到底出在哪?如何進行排故?這應(yīng)該是我們?yōu)榱吮ＷC節(jié)點和完成任務(wù)首先要做的工作。

如何提前發(fā)現(xiàn)問題、提前排除故障是我們必須要考慮的問題。

1 設(shè)想

直接在零件加工單位復制一臺液壓試驗裝置，提前進行性能測試?答案是否定的。原因:一是條件不允許，二是目前時機不成熟，三是沒有必要。因為這樣做相當于進行了兩次裝配和測試，浪費人力和時間，根本問題仍得不到有效解決。如何既簡單又不耗費大量的人力和時間，還能將問題提前暴露，提前預控呢?

設(shè)想——用氣壓代替液壓做一臺簡易的試驗裝置進行測試，同時在零件進入裝配單位前，在零件加工單位進行模擬試驗，以保證旋轉(zhuǎn)閥性能的質(zhì)量狀況。

2 氣動測試原理及結(jié)構(gòu)

2.1 測試旋轉(zhuǎn)閥的氣動原理

圖1 試驗裝置原理圖

圖1是試驗裝置的原理圖，從氣泵進入氣動量儀兩測試管的壓力，經(jīng)過氣動量儀壓力調(diào)節(jié)柱塞調(diào)節(jié)至相同。若氣動量儀兩氣管壓力相同，左右氣動量儀上的浮標將處于等高靜止狀態(tài)，若氣壓有變化，左右氣動量儀上的浮標會產(chǎn)生上下浮動，浮動值的大小可以從氣動量儀試管上的刻度線讀出。

旋轉(zhuǎn)圖1的調(diào)節(jié)軸通過搖臂帶動主閥，當主閥旋轉(zhuǎn)到完全遮蓋住A、B進氣口時，氣動量儀浮標處于最低的0位，無變化。

當主閥順時針旋轉(zhuǎn)一個角度后，進油口和左腔節(jié)油口溝通打開，左氣動量儀浮標上升，隨著開口增大，氣流增大，氣動量儀浮標上升越高。

即:順時針旋轉(zhuǎn)主閥時，進油口打開，左氣動量儀浮標先于右氣動量儀浮標上升，但可以觀察到兩浮標上升的差值;

逆時針旋轉(zhuǎn)主閥時，回油口打開，右氣動量儀浮標先于左氣動量儀浮標上升，同樣可以觀察到兩浮標上升的差值;

開口越大，氣動量儀浮標上升越高。

通過旋轉(zhuǎn)主閥，氣動量儀浮標高低變化，有效分析閥開口的大小和進、回油開口大小。同時可以測算出遮蓋量，順時針旋轉(zhuǎn)時，進油口打開的瞬間記錄角度盤的值，同時記錄百分表的0位。逆時針旋轉(zhuǎn)時，通過一定的旋轉(zhuǎn)角度，行駛一定的位移量，即是該閥的不靈敏范圍和運動的角度范圍。

0位是死區(qū)，氣動量儀浮標無變化，當圖1搖臂旋轉(zhuǎn)S1位移后，左氣動量儀浮標開始上升;當圖1搖臂旋轉(zhuǎn)S2位移后，右氣動量儀浮標開始上升;位移S1+S2即是該產(chǎn)品的不靈敏范圍，而(S1+S2)/2即是該產(chǎn)品安全密封時的狀態(tài)。

2.2 氣流進入旋轉(zhuǎn)閥的原理

圖2 旋轉(zhuǎn)閥的原理圖

圖2是旋轉(zhuǎn)閥的工作原理圖。順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸時，主閥使 P3、P1溝通，氣由P3進入P1負載腔，同時P2和S1回油邊溝通，形成一回路。

逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸時，主閥使 P3、P2溝通，氣由P3進入P2負載腔，同時P1和S2回油邊溝通，形成一回路。

P1、P2 壓力相同，當溝通P1、P3的壓力和P2、P3壓力差可以從氣動量儀上讀出，通過壓差可以有效分析出進油、回油對稱性，以及進油口的流量和回油口流量的變化，通過設(shè)置氣動量儀0位及百分表，讀出氣動狀態(tài)下的遮蓋量。

2.3 主閥、副閥完全展開情況

圖3為旋轉(zhuǎn)閥的主閥、副閥展開圖。

主閥向右移動時，副閥的L1點和主閥的M2點溝通，進油邊溝通，進油口打開，進入負載腔;同時主閥的M1點和副閥的L2點溝通，回油邊溝通，回油口打開，進入負載腔。

圖3 旋轉(zhuǎn)閥的展開圖

主閥向左移動時，副閥的L3點和主閥的M4點溝通，回油邊溝通，回油口打開，進入負載腔;同時主閥的M5點和副閥的L4點溝通，進油邊溝通，進油口打開，進入負載腔。

主閥向右移動，L1點和M2點溝通，進油口打開時的位移是圖3所示的S1;主閥向左移動，L3點和M4點溝通，回油口打開時的位移是圖3所示的S2;S1+S2是旋轉(zhuǎn)閥單邊的遮蓋量，(S1+S2)/2即是旋轉(zhuǎn)閥單邊的中位，即完全遮蓋時的狀態(tài)。

通過進入旋轉(zhuǎn)閥體內(nèi)氣體壓力變化，判定旋轉(zhuǎn)閥的中立位置、開啟狀態(tài)、不靈敏區(qū)范圍、進油、回油開啟狀態(tài)，準確地判定旋轉(zhuǎn)閥的密封和加工的配合狀態(tài)，有效降低旋轉(zhuǎn)閥的故障率，并可對其進行重疊量的匹配，從根本上提高產(chǎn)品品質(zhì)。

3 測試裝置組成結(jié)構(gòu)和使用說明

測試裝置主要由測試工裝、氣動量儀、百分表、氣路系統(tǒng)等部分組成，圖4、圖5是測試工裝的結(jié)構(gòu)圖及剖視圖。

圖4 測試工裝

圖5 測試工裝剖視圖

按圖5先將主閥、副閥、內(nèi)套、外套組裝，再將密封圈安裝在外套的外槽中，然后整體裝入測試裝置的殼體內(nèi)，通過定位銷固定副閥的高度和角向位置，通過調(diào)整螺母調(diào)整主閥的高低位置，合適后測試旋轉(zhuǎn)閥的基本性能。

4 測試及現(xiàn)象分析

調(diào)整調(diào)節(jié)閥將氣泵供應(yīng)的氣壓調(diào)至0.2 MPa以下，同時將氣動量儀設(shè)定在一個穩(wěn)定的壓力區(qū)域，通過氣動環(huán)規(guī)校正，保證氣動量儀的精度在2 μm的范圍內(nèi)。

用氣管將氣動量儀與圖4殼體的進油孔、回油孔接通，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸使主閥順、逆時針旋轉(zhuǎn);觀察進油口、回油口溝通狀態(tài)。

現(xiàn)象分析及解決辦法:

(1)順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸時，如圖2所示，P3和P1溝通，左氣動量儀浮標上升，同時P2和S1溝通，右氣動量儀浮標上升。

如果左氣動量儀浮標上升，而右氣動量儀浮標始終不動，或者右氣動量儀浮標一直在浮動，則說明存在以下幾種可能:①閥的密封狀態(tài)有問題;①主閥與副閥配合間隙過大;③主閥、副閥的圓柱度不合格，產(chǎn)生氣體泄漏;④主閥的弦弧長不對稱。

另一種狀態(tài)是，通入相同壓力后，順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)主閥，氣動量儀浮標始終漂浮;回不到0位，這種狀態(tài)是不靈敏區(qū)過小，遮蓋量過小或者負遮蓋的表現(xiàn)，說明主閥上的弦弧長過小，或主閥與副閥的配合間隙過大。

(2)如果順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸，應(yīng)該是左氣動量儀浮標先上升，右氣動量儀浮標后上升，而實際情況相反，說明回油邊先打開，進油邊后打開。這種情況，在遮蓋量允許的情況下，通過修研主閥進油邊，使進油邊的開口＞回油邊的開口，既可以保證合格的遮蓋量，又可以保證進油邊先打開，回油邊后打開。

(3)順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸，左氣動量儀浮標先上升，隨后右氣動量儀浮標也上升，將左氣動量儀浮標和右氣動量儀浮標上升的差值設(shè)定為A，如果A值過大，或者A值過小，可通過修研副閥上的進油口和回油口的大小，使得A值保證在一定的范圍內(nèi)，但是在使得A值變小或者A值變大的過程中都會嚴重影響遮蓋量。

(4)如果通入兩個進油口P3和P4(如圖2)的壓力相同，通過旋轉(zhuǎn)主閥變化，可以很明顯、直觀地觀察到在兩個進油口尺寸相同的情況下，主閥對稱的弦弧長的差值。理想狀態(tài)是，順時針旋轉(zhuǎn)主閥，兩個氣動量儀呈現(xiàn)等高的狀態(tài)向上，如果出現(xiàn)高低不一，則證明主閥的弦弧長對中心有偏差，這時可以通過修研加以調(diào)整。

(5)旋轉(zhuǎn)閥在液壓試驗過程中，經(jīng)常出現(xiàn)操縱力過大問題，具體分析如下:①主閥、副閥在配合狀態(tài)時，在液壓力的作用下，將尖邊毛刺沖出，使得主閥在運動過程中出現(xiàn)滯澀或力過大。①液壓側(cè)向力的問題，由于閥的制造誤差，主閥控制進油和回油的弦弧長存在偏差，進油流量和回油流量不相等，主閥受到側(cè)向液壓壓緊在副閥孔壁上，縫隙中存留液體被擠出，主閥與副閥間的摩擦變大，即操縱力變大。若兩個進油口的遮蓋量大小相同，回油口大小一致，并且回油邊開口＞進油邊開口，液壓油不會產(chǎn)生滯壓，同時由于兩個進油口壓力大小一致，進油壓力在180°方向上一致，回油通暢，則主閥受液壓側(cè)向力很小，操縱力會很小。使用該氣動測試裝置測量出兩個進油口遮蓋量大小以及對稱性，可進行微量氣動配磨，同時可以通過修研副閥回油口和進油口的大小，使得回油邊開口＞進油邊開口，有效解決滯壓，使油路通暢，從而解決操縱力的問題。

5 測試結(jié)果的判定及應(yīng)用效果

首先將一套或者幾套在裝配單位測試性能合格的旋轉(zhuǎn)閥裝入試驗裝置的殼體內(nèi)，給殼體兩處進油口通入相同壓力的氣壓，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸使搖臂帶動主閥順、逆時針旋轉(zhuǎn)，當主閥旋轉(zhuǎn)一定位移量后，兩端進油口分別與回油口相通，記錄氣流壓力的變化大小值以及百分表所記錄的主閥旋轉(zhuǎn)的位移量值，以此作為此種旋轉(zhuǎn)閥性能判定的標準。

將需要測試的旋轉(zhuǎn)閥裝入測試裝置內(nèi)測試，分別記錄旋轉(zhuǎn)閥測試的氣流壓力變化的大小值和主閥旋轉(zhuǎn)的位移量值，與標準值比對，如有差異，可通過去毛刺或者改變旋轉(zhuǎn)閥每個節(jié)油口的對稱性以及相對應(yīng)的主閥上的圓弧差，來調(diào)整旋轉(zhuǎn)閥的氣流壓力變化的大小值和主閥旋轉(zhuǎn)的位移量值。

通過實際應(yīng)用，我們已經(jīng)能判斷出旋轉(zhuǎn)閥的性能質(zhì)量狀況，同時也能正確地找出旋轉(zhuǎn)閥出現(xiàn)故障的部位，為排除旋轉(zhuǎn)閥故障指出了道路，也使得旋轉(zhuǎn)閥的交付合格率明顯提高。

［1］趙學清.液壓與氣動［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社，2008.

［2］張利平.液壓閥原理、使用與維護［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2011.

［3］田源道.電液伺服閥技術(shù)［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2002.