平衡閥在冶金設(shè)備液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和故障分析

張國斌

(營口京華鋼鐵有限公司厚板廠 遼寧 營口 115000)

一、FD型平衡閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

FD型平衡閥是具有單向截止功能的調(diào)速閥，在冶金設(shè)備的液壓系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要有閥體(1)，主閥芯(2)，先導(dǎo)體(3)，控制閥芯(4)，阻尼閥芯(5)和阻尼孔(6)等幾部分組成。

(一) 平衡閥結(jié)構(gòu)圖

其工作原理為：當(dāng)x口控制油壓力為0或不足以克服控制腔(9)中彈簧力驅(qū)動控制閥芯(4)動作情況下，平衡閥等同于單向閥。如果油口A的壓力大于油口B的壓力，油口A壓力油克服控制腔(8)中的彈簧力及油口B內(nèi)壓力對主閥芯(2)的負(fù)載力，將主閥芯(2)打開，實(shí)現(xiàn)油口A至油口B導(dǎo)通；如果油口B的壓力大于油口A的壓力，主閥芯(2)在控制腔(8)中的彈簧力及油口B內(nèi)壓力的作用下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)油口B至油口A截止且無泄漏。隨著x口控制油壓力不斷增加，逐步克服控制腔(9)中彈簧力驅(qū)動控制閥芯(4)向右運(yùn)動，當(dāng)控制閥芯(4)與先導(dǎo)體(3)接觸后，進(jìn)一步推動先導(dǎo)體(3)向右運(yùn)動，先導(dǎo)體(3)向右運(yùn)動后控制腔(8)中壓力油與油口A連通，后控制腔(8)中壓力油得到卸荷，控制閥芯(4)將進(jìn)一步推動主閥芯(2)向右運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)油口B至油口A導(dǎo)通，而主閥芯(2)向右運(yùn)動位移的大小決定平衡閥油口B至油口A導(dǎo)通開口度的大小，從而實(shí)現(xiàn)平衡閥的節(jié)流調(diào)速功能。

二、FD型平衡閥在在下降負(fù)載液壓系統(tǒng)中的動作分析

(二) 五礦營鋼出鋼機(jī)液壓原理圖

上圖所示五礦營鋼出鋼機(jī)液壓系統(tǒng)中，液壓缸伸出，通過曲柄機(jī)構(gòu)頂起負(fù)載；液壓缸縮回，負(fù)載下落。電磁鐵a，b均不得電時，電磁換向閥A口壓力為0，平衡閥主閥芯處于單向截止位置，壓力表1處壓力需克服負(fù)載重力。換向閥電磁鐵a得電時，塞腔回路中如果沒有平衡閥，則負(fù)載的重力決定其下降的速度，過重負(fù)載會出現(xiàn)下降速度過快，而無負(fù)載或輕負(fù)載時下降速度又會過慢。當(dāng)塞腔回路中加入平衡閥，且控制油口與桿腔管路連接時，液壓泵輸出恒定壓力，經(jīng)過換向閥時產(chǎn)生壓降，得到桿腔壓力PB和控制油壓力PX，PX作用于平衡閥控制閥芯，PX大小決定平衡閥主閥芯的開口度C的大小，PB與負(fù)載F共同向下作用于液壓缸，通過活塞對塞腔液壓油進(jìn)行壓縮，從而使塞腔產(chǎn)生壓力PA，PA與平衡閥的開口度決定了通過平衡閥主閥芯的流量Q，Q的大小決定液壓缸及負(fù)載下降速度的快慢，同時也控制液壓缸桿腔的容積變化，從而影響桿腔壓力PB和控制油壓力PX變化。

通過上面的分析可以得出結(jié)論，下降負(fù)載系統(tǒng)中平衡閥的作用是消除負(fù)載對液壓缸運(yùn)行速度的影響，避免負(fù)載過大造成液壓缸失速下落，也保證在無負(fù)載或輕負(fù)載情況下液壓缸的下降速度也符合設(shè)計(jì)要求，同時平衡閥的自動控制系統(tǒng)各參數(shù)選擇不當(dāng)也會出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，平衡閥失去對液壓缸運(yùn)動速度自動調(diào)節(jié)的功能。

三、平衡閥在應(yīng)用中的故障及原因分析

在五礦營鋼厚板廠的裝、出鋼機(jī)液壓系統(tǒng)中，平衡閥的使用效果并不理想，主要表現(xiàn)是下降到位后液壓缸回彈，平衡閥故障率高，平衡閥的平均使用壽命僅為12各月。上圖為出鋼機(jī)的液壓系統(tǒng)圖，液壓缸伸出時驅(qū)動拖輪抬起出鋼機(jī)，液壓缸縮回時出鋼機(jī)落下，為負(fù)載下降平衡系統(tǒng)。

在實(shí)際工作過程中，電磁閥閥頭a得電后表1測得壓力100±5bar，表2測得壓力150bar，負(fù)載下降過程中沒有出現(xiàn)失速或抖動現(xiàn)象，但是，運(yùn)行一段是時間后，經(jīng)常會出現(xiàn)出鋼機(jī)在高位時平衡閥不能封閉不嚴(yán)，液壓缸塞腔泄壓，出鋼機(jī)自行下落的狀況。

對下線的平衡閥進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)，所有的平衡閥損壞均為阻尼孔(6)從阻尼閥芯(5)中脫后卡住阻尼閥芯(5)，使控制閥芯(4)不能復(fù)位。

通過以上分析可知，平衡閥控制油PX壓力過大是平衡閥損壞的直接原因，重新設(shè)計(jì)采用下圖所示回路：

(三) 出鋼機(jī)液壓原理改進(jìn)圖

上述改造方案無需重新制作油路塊，實(shí)際改造方法為：

1.將平衡閥閥芯取出，使平衡閥兩個油口相通，控制油口封堵，防止漏油。

2.在原有電磁換向閥下疊加一個液控單向閥，一個單向節(jié)流閥。

3.將調(diào)速閥閥芯拆除。

改造后系統(tǒng)中元件結(jié)構(gòu)簡單，負(fù)載大小變化對液壓缸的下降速度影響很小，液壓缸運(yùn)行平穩(wěn)。