液压阀失效分析与消除措施.pdf

设 备 与 维 修 I Eq ui pm e nt a nd mai nt e na n ce 液压阀失效分析与消晾措旋 淮阴工学院交通工程系 江苏淮安2 2 3 3 0 0 严桃平 包 海涛 常 绿 1 ． 前 言 在 液压系统 中，除需要液压泵供油 和液压执行 元件来 驱动工作装置外 ，还要 配备一定数 量的液压 阀来对 液流的流动方 向、压力 的高低 以及 流量的大 小进 行 预期 的控 制 ，以满 足 负 载 的工 作要 求 。 因 此 ，液压阀是直接影响液压系统工作过程 和工作特 性的重要元件。液压阀的失效也是引起液压系统故 障的主要原因之一。因而对液压阀的失效分析就有 了很重要 的意义。本 文 阐述 了液压 阀的主要失效 形 式 液压 卡紧 、气 穴和气蚀 、磨损及它们产生 的原 因 ，并提 出相应 的消除措施 。 2 ． 液压卡紧 当阀芯与阀套间液流的径向力不平衡，而使阀 芯偏心加大到最终使阀芯压向阀套 内壁面，出现卡 紧现象 ，称为液压卡 紧。 1 产生液压卡 紧的主要原 因 径向液压力不 平衡。 由于滑 动 副 的几 何 形 状误 差 和 同 轴度 的变 化 ，使配合间隙 内液压力不平衡 而产 生径向力 。油 液中极性分子的吸附作用 。径向力的作用使阀芯向 阀体一侧靠近 ，因而产生阻碍阀芯运动的摩擦力。 停顿一段 时间后 ，轴向启 动所需之轴 向力突然 大大 增加 ，甚 至在泄 压后仍然紧密粘附在孔壁上 ，这种 现象是 由于油液 中的极 性 分 子 如油 性 的酸 类物 质 堵塞所致 。油 中脏 物楔入配合间隙 。 2 消除液压卡 紧的主要措 施在 阀芯表 面开 均压槽 ，这种方法 目前应用较 多。均压槽 深度 比间 隙大得多，可以认为槽中各处压力相等。由于均压 槽 把圆锥部分分成几段 ，故每段径 向不平衡 力就很 小 了。各段 加起来 的总 的径 向不平衡力也 比原来小 得 多。缝 隙中沿轴线方 向的压力分 布基本 上趋 于均 匀。同时，还能使油中的脏物存入槽中，大大减小 了径向液压力。据研究实验证明，在阀芯凸肩中部 开一条槽 ，其径 向力可减小到不开槽时 的 4 0 ％； 开等距 3条均压槽可减小 到 6 ％开 7条均 匀槽可 减小到 2 ． 7 ％。槽 的深度 和宽度应至少为 间隙的 1 0 倍 。一般宽度为 0 ． 30． 5 mm，深度为 0 ． 8～1 mm， 节距 为 3～4 mm。 将阀芯工作台肩受高压一端作出微小的顺锥 ， 锥部大端 与小 端 半径 差 一 般不 大 于 0 ． 0 0 3 mm。这 样 ，既可 防止 泄漏增加 ，又可产 生一个 自动定心 的 液压力 ，从 而减小 滑 阀运动阻力 。 严格控制加工精度。通常把滑阀与阀孔的圆度 和圆柱度控制在 0 ． 0 0 2 ～ 0 ． 0 0 4 mm以内。其表面粗 糙度为 R 0 ． 4～0 ． 2 m。 精密过滤油液，一般采用 5～2 5 m的精滤油 器。 3 ．气穴和气蚀 在温度恒定的条件下 ，由于油液流经节流孔口 或阀口时易形成高速射流，而使液体的绝对压力降 低到低于该液体的蒸气压 ，液体中产生大量蒸气 泡 ，称 为气穴。气穴发生 时除流动性 能变坏外 ，并 伴有 噪声 和振 动 。当附着在金属 表面上 的气泡破灭 时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥落 ，使 表 面粗糙 ，或出现海绵状 的小洞 穴 ，节流 口下流部 位常可发现这种 腐蚀 的痕迹 ，这种现 象称为气蚀 。 1 产生气 穴和气蚀 的主要原 因 过流截 面狭 窄。由伯努利方程式可知，在流量一定的情况下， 过流截面越小，其流速越高 ，则该处液压力越低 ， 越易导致气穴现象 。液压 阀阀孔前后 的压 力差 。在 液压 系统 中 的任 何 地 方 ，只要 压 力低 于空 气 分 离 压 ，就会产生气穴 和气蚀 现象。空气直接混 入油液 中。 2 消除气穴和气蚀 的主要措施采用短孔式 和厚壁式阀口，且把阀口的阀座入口做成圆角 ，因 液不收缩 ，在此处的压力不下降就不会在阀口处产 生气穴和气蚀。减小阀孔前后的压力差。一般控制 阀口前后的压力 比小于 3 ． 5 。提高零件的抗气蚀能 力 增加零件 的机械强 度 ，采用抗腐蚀 能力强 的 金属材料，提高零件的表面加工质量等。尽可能降 低油液中的空气含量 ，避免压力油与气体直接接触 而增加溶解量。接头与元件的密封要良好 ，以防止 空气 侵入。 4 ． 磨损 液压阀阀芯、阀体等机械零件 的运动副之间 ， 在运 动时不 断产生摩擦 ，导致零件 表面 的尺寸 、形 状和表 面质 量发 生变化时即形成磨损 。 机M3 A 挎加I2 0 0 4年 革 3 麓 维普资讯 设 备 与 维 修 专 机 变 频 器 故 障 检 修 万向集团制动系统公司 浙江杭州 3 1 1 2 1 5 张吉明 一 台 日西 岛株式会社生 产的汽 车制动钳缸孔 加 工组合专 机 ，采用五轴六工 位水 平分布结构 、日本 三菱公 司可编程程序控制器 、各主轴采用 日本 富士 公 司变频 器及变频调速 电机控制 ，切削进 给采 用数 显液压调速阀控制。但该机床 自安装调试以来 ，经 常出现 变频器被击穿烧毁 现象 ，无法正常工作 。变 频 器作 为电动机速度调整 的功能器件 ，具有抗 干扰 能 力强 、运行稳定 、无级调 速 、自检报警 和显示功 能 ，在规定条件下运行一般不会发生故障，变频器 屡次烧毁 无非 以下几 种原 因 ①供 电 电源质 量 差 ， 无法满 足变频器要求 。②变频器质量 问题 。③变频 器和电机搭配 不合理 。④ 变频 器参 数设 置不 合 理。 ⑤设备超越能力使用 。⑥ 其他原 因。 根据以上可 能原 因 ，检 查工 厂 供 电系统 正 常 ， 检查变频器输入 电源 三相 3 8 o v、5 0 Hz 正 常 ，变频 器输出频率设 定 范 围 0～4 0 0 H z ，设定 值为 0～ 4 0 Hz 正 常 ，电动机和变频器 的连线 规格 符合要 求 ， 连接牢靠。但是变频器最大输 出电流为 7 ． 7 A，而 电动机功率 3 ． 7 k W，额定 电流 8 ． 4 A，显然变频器 1 产生磨损 的主要原 因 液 压系统的污染物 可引起液压阀的各种形式的磨损 ，如固体颗粒进入 零 件运动副 间隙内 ，对零 件表面产生 腐蚀或疲劳磨 损 ；高速液流 中的固体颗粒对零件 表面的 冲击引起 冲蚀磨损 ；油液 中的水 和油液氧化 变质的粘稠状生 成物对液压 阀产生腐蚀 和粘着磨损 。 2 消除磨损 的主要措施液 压元件 在加工 的 每道工序后都应净化，装配后应进行严格的清洗。 在液压系统正式工作 之前 应用冲洗液 对其进行彻底 的冲洗达到规定的清洁度要求后 ，放掉冲洗液，再 注入新的液压油 。在液 压系统的适 当部 位设置过滤 器 ，并定期检查 、清洗 或更换 。工作 中注意控制液 压油的温度，避免温度过高而加速氧化变质，产生 各种生成物 。定期对液 压油进行抽样检 查 ，分析其 清洁度 ，如已经不符合要求，必须立即更换，更换 新的液压油前 ，必须对整个液压 系统进行彻底清 洗 。 蜜丝 丝 兰 ． 收稿 日期 2 0 0 3 1 0 1 3 功率选择有点小，可能不能满足使用。切换到变频 器 电流监 视功能 ，对加工 过程 中四工位输 出实际 电 流进行监测 ，发现 电流 值最 大时 可 以大到 9． 8 A甚 至 l 1 ． 2 A。这对于对使用条件要求较为苛刻的产品 来说怎能不出故障呢变频器功率选择小可能就是 造成该故障的原因。 通过 对该工位变频 器输 出电流 的连 续观察 ，发 现过电流现象都发生在镗底槽过程 ，切槽及镗底两 过程 横 向滑 台中推 出速度 由液压 调速 阀控 制 在 1 0 0 m m ／ m i n ，切槽过程变频器输 出频率 3 8 H z ，相 应电机转速 5 0 0 r ／ m i n左右 ，进给量 0 ． 2 mm ／ r 。镗 槽底过 程输 出频率 2 1 Hz ，相 应 电机转速 2 3 0 r ／ rai n 左右。针对此故障分析认为 ，机床动作衔接正常的 情况 下 ，切槽完 了横 滑台 已经停止再 低转速镗 底此 时切削力减小 ，如果机床动作衔接不正常 ，在切槽 未完成之前横滑 台还在推出时电机转速降至 2 3 0 r ／ m i n ， 每转切削量将增加到切槽时的2倍 以上 ，切 削力及需要电动机输 出的转矩均大幅度提高 ，引起 电机堵转电流急剧上升，激发过电流报警 ，持续长 时间过流导致变频器 烧毁 。 用 函数记 录仪 同时记 录该变频器 工作 时的时间 一 电流 、时 间一频率 变化 曲线 ，通 过对 比证实 了上 面的分析，在变频器输 出 2 1 H z 频率电流、机床进 行 镗槽 底加工 时 ，输 出电流 急剧 上升 。找 到了故 障 原因，排除就 比较容易 ，一可以延长 3 8 H z 持续时 间使得切槽充分切到底，二可以提高 2 1 H z 频率以 增 加转速减小 切削阻力 ，三可 以一 、二并用 。笔 者 选择 了第二种措施将 2 1 Hz 提 高到 3 0 Hz ，开机进行 加工电流 曲线就 比较 正常 了 ，没有再 出现过过 电流 报警 。 通过此次故障排除，使我们认识到，现代工业 迅速的发展，使得机床运行的稳定性和可靠性大为 提高 ，故障率相当低 ，往往故障发生都是由于使用 不当造成的。同时对维修人员提出了更高要求 ，既 要机电都懂，又要对设备性能和加工工艺熟悉 ，才 能对机床故障现象作出全面分析 ，理清思路找到故 障的直接原因，从而从根本上解决问题。 收稿 日期 2 0 0 3 1 2 1 6 维普资讯