液壓閥異常工作原因分析及處理

李立恒 趙永乾 廖家旺

摘要：液壓閥的應(yīng)用質(zhì)量直接反映在液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上，除液壓閥自身質(zhì)量因素外，正確地設(shè)計、選型、使用和維護(hù)也十分重要，裝備維修過程中因不掌握液壓閥的功能特性、工作原理、使用注意事項(xiàng)造成的液壓系統(tǒng)工作異常案例時有發(fā)生。本文對該類案例進(jìn)行原因分析，提出相應(yīng)的處理措施，避免發(fā)生不合理設(shè)計、使用等，提高系統(tǒng)的使用可靠性。

關(guān)鍵詞：液壓閥；工作原理；使用；維護(hù)；處理措施

Keywords：hydraulic valve；working principle；use；maintenance；treatment measures

0 引言

液壓閥是液壓傳動系統(tǒng)中使用最多的元件，其功能是控制或調(diào)節(jié)工作液體的壓力、流量和流動方向，對執(zhí)行元件的啟停、速度和克服負(fù)載的能力進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使整個液壓系統(tǒng)按要求協(xié)調(diào)工作。任何液壓系統(tǒng)都需要液壓閥，液壓閥常以功能附件或部組件（插裝閥）的形式應(yīng)用于液壓系統(tǒng)中。

當(dāng)液壓閥工作出現(xiàn)異常時，將對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度和可靠性造成很大影響，甚至造成系統(tǒng)完全不工作。實(shí)際應(yīng)用中液壓閥除機(jī)械故障外，常因未能正確設(shè)計、計算選型、使用和維護(hù)不當(dāng)?shù)瘸霈F(xiàn)非自身質(zhì)量問題，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)無法正常使用。為提高液壓系統(tǒng)的長期使用可靠性，本文通過分析三個因錯誤使用液壓閥導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常的案例，來加強(qiáng)裝備維修人員對液壓閥在現(xiàn)場的重要性認(rèn)識。

1 泵后供油不正常

1.1故障現(xiàn)象

某型噴油環(huán)進(jìn)行整環(huán)性能試驗(yàn)，要求在一定進(jìn)口燃油溫度和流量條件下，檢查噴嘴噴霧質(zhì)量應(yīng)符合試驗(yàn)要求。試驗(yàn)中在改變進(jìn)口流量時發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口流量未能隨輸入控制信號的正常響應(yīng)輸出，給定輸入信號后流量無變化或變化小，甚至出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)流量下降現(xiàn)象，同時伴隨產(chǎn)品進(jìn)口燃油溫度快速升高超差和泵后壓力無顯示。

1.2 原因分析及處理

1）比例流控閥檢查

如圖1所示，產(chǎn)品進(jìn)口流量通過系統(tǒng)中的比例流控閥進(jìn)行調(diào)整，比例流控閥閥芯開度隨輸入控制電信號按一定比例關(guān)系改變，輸入信號值增大則閥芯開度增大，供油流量和壓力隨之增大，比例流控閥出現(xiàn)故障將導(dǎo)致供油流量跟隨性變差?？紤]該設(shè)備為新購置，產(chǎn)品性能相對穩(wěn)定可靠，且無備件進(jìn)行替換驗(yàn)證，故排除比例流控閥故障可能。

2）節(jié)流閥檢查

3）增壓泵及溢流閥檢查

設(shè)備所用增壓泵為定量泵，因增壓泵自身結(jié)構(gòu)特性存在內(nèi)部泄漏，導(dǎo)致實(shí)際供油量小于理論值，且隨著滲漏間隙或進(jìn)出口壓差增大，內(nèi)部滲漏損失增加，供油量減小。鑒于滲漏間隙變化通常由增壓泵使用時間增加、零件磨損量增大造成，而增壓泵為新購置設(shè)備基本無磨損，故重點(diǎn)檢查增壓泵出口壓力是否正常。檢查發(fā)現(xiàn)增壓泵出口旁路安裝的泵后壓力變送器顯示壓力值為10.6MPa，超出設(shè)計要求的3MPa。

根據(jù)增壓泵出口壓力調(diào)整原理，其通過溢流閥調(diào)定，則出口壓力增大原因可能為溢流閥故障或工作壓力調(diào)整不到位。逆時針旋轉(zhuǎn)溢流閥手輪，將出口壓力調(diào)至3MPa，重新進(jìn)行性能試驗(yàn)，可以正常進(jìn)行進(jìn)口流量調(diào)整，同時泵后壓力顯示恢復(fù)正常，進(jìn)口油溫沒有出現(xiàn)超溫情況。

經(jīng)調(diào)查，近期對部分測量儀器、儀表做過定期計量檢定，分解前將設(shè)備的所有閥門開關(guān)關(guān)閉，在儀器、儀表檢定合格后誤將溢流閥當(dāng)作常規(guī)截止閥，未按照設(shè)計要求將增壓泵出口壓力調(diào)整至設(shè)定要求值，導(dǎo)致增壓泵出口壓力增大約三倍，超出泵后壓力顯示儀表正常顯示范圍，導(dǎo)致增壓泵內(nèi)部滲漏增加，實(shí)際供油量減小，同時燃油在高壓下從溢流閥溢回發(fā)熱，燃油升溫速率增快，從而導(dǎo)致進(jìn)口燃油短時間內(nèi)出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

2 供油指標(biāo)不合格

2.1故障現(xiàn)象

供油裝置試驗(yàn)臺的驅(qū)動轉(zhuǎn)速最高可達(dá)11000r/min，為保證驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部的驅(qū)動軸承長壽命使用，專門配置了稀油潤滑站（以下簡稱稀油站）完成對驅(qū)動軸承的潤滑和降溫，并且規(guī)定試驗(yàn)前開啟稀油站，檢查稀油站的供油壓力應(yīng)為0.06～0.15MPa。某供油裝置進(jìn)行性能試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，稀油站供油壓力為0.055MPa，不滿足試驗(yàn)要求。

2.2原因分析及處理

1）P2壓力變送器檢查

如圖2所示，測控界面顯示的稀油站供油壓力由P2壓力變送器進(jìn)行測量，若壓力變送器故障，可能存在測量失真情況。根據(jù)原理圖可知，在P2壓力變送器的旁路裝有P3機(jī)械式壓力表，P3壓力表所測壓力部位與P2壓力變送器相同，檢查P3壓力指示值與P2壓力顯示值基本相同，故排除P2壓力變送器故障可能。

2）G1過濾器檢查

G1過濾器用于過濾潤滑系統(tǒng)油液中的雜質(zhì)，油液流經(jīng)過濾器后會存在流動阻力，出口壓力會有一定程度降低。若過濾器發(fā)生堵塞，流動阻力增大，可能造成出口壓降過大。該過濾器裝有防堵發(fā)訊裝置，過濾器堵塞目視裝置時顏色會由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。檢查指示器顏色為白色，且該設(shè)備為新購置，未長期運(yùn)行使用，故排除G1過濾器故障可能。

3）供油泵檢查

供油泵是供油系統(tǒng)的動力源，提供一定壓力和流量的潤滑油，若供油泵供油動力不足，將無法建立滑油壓力。供油泵出口壓力通過P1機(jī)械式壓力表測量，檢查P1壓力表指示值為0.09MPa，其值大于最小供油壓力0.06MPa，故暫不考慮供油泵故障可能。

4）溢流閥檢查

該系統(tǒng)中溢流閥作為安全閥使用，若溢流閥調(diào)定工作壓力減小，溢流閥提前開啟工作，將導(dǎo)致增壓泵出口壓力無法滿足實(shí)際供油需求。將溢流閥沿開啟壓力增大方向調(diào)整后，未發(fā)現(xiàn)供油壓力發(fā)生變化，說明溢流閥未開啟卸荷，故排除溢流閥故障可能。

5）K2截止閥檢查

K2截止閥安裝在P2壓力變送器測量部位前端。K2截止閥開度過小將起到節(jié)流作用，流經(jīng)截止閥的流阻會增大，供給驅(qū)動系統(tǒng)的P2壓力將減小。檢查K2截止閥處于全開位置，故排除K2截止閥故障可能。

6）K3截止閥檢查

K3截止閥安裝在P2壓力變送器測量部位前端，且出口通往油箱。K3截止閥開度過大將起到卸荷作用，通過截止閥K3回到油箱的流量會增大，將無法建立起壓力。檢查K3截止閥處于關(guān)閉位置，故排除K3截止閥故障可能。

7）K5截止閥檢查

K5截止閥安裝在P2壓力變送器測量部位后端。根據(jù)壓力大小取決于外負(fù)載可知，若K5截止閥開度過大，供油泵出口承受的出口負(fù)載將減小，出口壓力減小。將K5截止閥沿關(guān)閉方向調(diào)整，發(fā)現(xiàn)供油壓力發(fā)生變化并增大，說明K5截止閥開度過大是造成供油壓力偏小的原因。經(jīng)調(diào)查，稀油站的測量儀器、儀表送計量檢定時，工作人員將K5截止閥關(guān)閉，并誤認(rèn)為K5截止閥僅具備阻斷液體流動功能，忽略了其調(diào)整供油壓力的作用，在儀器、儀表檢定合格后K5截止閥被調(diào)整至全開狀態(tài)，由此導(dǎo)致了供油壓力偏低問題。

3 流量測試異常

3.1故障現(xiàn)象

某型供油裝置是發(fā)動機(jī)燃油、滑油系統(tǒng)的動力源，由燃油泵和滑油泵組成。其中，燃油泵的結(jié)構(gòu)組成包括外嚙合齒輪泵、溢流閥和油濾等功能部分，圖3所示為燃油泵的工作原理。供油裝置進(jìn)行外委返廠性能驗(yàn)收時，要求測試燃油泵在規(guī)定工作轉(zhuǎn)速條件下不同出口壓力所對應(yīng)的供油流量，當(dāng)進(jìn)行6.4±0.05MPa狀態(tài)點(diǎn)的出口流量測試時，測控系統(tǒng)測得燃油流量為612L/h（對應(yīng)出口壓力為6.34MPa），不符合小于500L/h的試驗(yàn)要求，自動終止試驗(yàn)。查詢該產(chǎn)品的外委試驗(yàn)記錄，燃油流量測試結(jié)果為409L/h（對應(yīng)出口壓力為6.32MPa），對比兩組測試數(shù)據(jù)，在出口壓力基本相同情況下，燃油流量相差約200L/h。

3.2原因分析及處理

根據(jù)測試結(jié)果判斷設(shè)備測控程序可能存在問題。正常情況下，當(dāng)出口流量未滿足試驗(yàn)要求而出口壓力未達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)極限條件時，出口壓力應(yīng)繼續(xù)升高直至出口流量小于500L/h。經(jīng)查，設(shè)備測試程序?yàn)樽詣訖z測，程序設(shè)置為當(dāng)出口壓力達(dá)到6.35MPa后自動終止試驗(yàn)，而該設(shè)定的出口壓力為最小試驗(yàn)壓力值。將終止試驗(yàn)的出口壓力修改為6.45MPa后重新試驗(yàn)，燃油流量測試結(jié)果為413L/h（對應(yīng)出口壓力6.33MPa，壓力上升過程出口壓力最大值為6.36MPa）。

接下來分析最終出口壓力較之前減小0.01MPa但流量反而出現(xiàn)突降的原因。由燃油泵的性能試驗(yàn)要求及方法可知，在相同轉(zhuǎn)速下，四個壓力測量點(diǎn)（3MPa、5.7MPa、5.9MPa和6.4MPa）均由設(shè)備比例換向閥進(jìn)行調(diào)整，隨著出口壓力的升高，出口燃油流量逐漸減小。根據(jù)溢流閥的工作原理，若溢流閥處于開啟狀態(tài)，燃油泵出口壓力應(yīng)為定值，不能隨意調(diào)整，說明出口壓力增大過程中溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，直至溢流閥開啟工作，燃油經(jīng)溢流閥回流到產(chǎn)品進(jìn)口，使燃油泵出口流量出現(xiàn)小于500L/h的突降。燃油泵作為定量泵，出口流量隨壓力增大而減小的原理是出口壓力升高，內(nèi)部滲漏增大，實(shí)際供油量減小，當(dāng)出口壓力大于溢流閥開啟壓力時出口流量進(jìn)一步降低。圖4所示為燃油泵的壓力—流量特性曲線。

溢流閥的工作是通過閥芯受力平衡來實(shí)現(xiàn)的，圖5所示為溢流閥閥芯在動作方向的受力情況，其受液動力、摩擦阻力（含側(cè)向力）、進(jìn)口油壓、泵后油壓和彈簧力共同作用。在閥芯所受到的各種作用力中，因流經(jīng)溢流閥的流體壓力和流量較高，液動力不可忽視，從關(guān)閉至完全開啟狀態(tài)液動力由瞬態(tài)液動力轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)液動力。液動力作用方向均使閥芯關(guān)閉，但由于制造誤差以及實(shí)際工作中閥芯和閥體孔不可能保持精確的同心位置，閥芯受徑向液壓分布不均勻被推向一側(cè)，形成數(shù)值可觀的液壓側(cè)向力與摩擦力。在閥芯從即將開啟過渡到穩(wěn)定開啟狀態(tài)位置的過程中，由于閥芯的平衡位置發(fā)生改變，受徑向不平衡力和閥芯與閥體間毛細(xì)結(jié)合力破壞的影響，閥芯摩擦阻力減小，運(yùn)動靈敏后重新建立受力平衡，出口壓力將減小。另外，液動力最大值一般發(fā)生在開口開度很小時，這也解釋了閥芯開啟穩(wěn)定后出口壓力由最大值6.36MPa變?yōu)?.33MPa的原因。

4 結(jié)論

由于液壓閥工作時無法直接目視觀察，往往當(dāng)系統(tǒng)無法正常工作時才予以解決，這種事后彌補(bǔ)的辦法難以保證系統(tǒng)的正常工作。為了保證液壓閥長期安全可靠使用，維修人員應(yīng)熟悉系統(tǒng)的設(shè)計原理，了解液壓閥在系統(tǒng)中的功用和使用范圍，掌握液壓閥的功能特性、工作原理和使用維護(hù)注意事項(xiàng)，以降低系統(tǒng)的故障發(fā)生率，快速解決由液壓閥引起的系統(tǒng)故障。

參考文獻(xiàn)

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