在日常的售后服务中我们发现充液阀的故障主要有以下一些现象,下面分别加以叙述及分析。
1、快速排油时,液压冲击大。如某台油压机其充液阀工作原理为加压结束后首先通过换向阀进行卸压,使B腔(亦称高压端或油缸侧)压力卸载至规定值,达到电接点压力表下限值(零压左右),电接点压力表发出信号,通过相关阀使控制油压力升高,打开充液阀,实现快速回油,油缸得以快速下行。
经检查发现:该厂维修人员将电接点压力表下限值设置在4 mpa。所以当B腔(亦称高压端或油缸侧)压力下降至4 mpa时电接点压力表立即发信,打开充液阀,使B腔中带压力的液压油突然回油,造成液压冲击。后将电接点压力表下限值设置在零压左右,即消除液压冲击。
说明:无论是普通型(即一段式充液阀)还是先导型充液阀(即带预卸压充液阀,亦称二段式充液阀),在快速回油时,一定要首先使压力卸掉,否则将会产生很大的液压冲击。对于普型充液阀(即一段式充液阀)在回油前如果不事先卸压,导致阀芯无法打开,如果强行提高开启阀芯的油压,很容易让阀芯变形,破坏阀体与阀芯的密封性;当然先导型充液阀(即带预卸压充液阀,亦称二段式充液阀)由于自身带有预卸压装置,在一定程度上能减小这种液压冲击。对维修人员来说,一定要了解充液阀使用条件。
2、快速排油时,油箱内有高速液体冲击的声音,且系统油温升高速率较快,充液阀与油箱间用铝制管箍锁紧连接的粗胶管经常被冲开,造成大量油液外泄。
该台液压设备为某厂自己设计和加工组装的,采用柱塞缸下置结构形式,充液阀为FUTO牌。从投入生产以来就有此现象。针对这一现象,我们怀疑:快速排油时液体流速过大造成回油压力过高。该柱塞缸直径D=400 mm,下行速度(由2个副缸牵引带动)v=80 mm/s。充液阀为普通型充液阀(一段式充液阀,不带预卸的那种),口径为d=40 mm。通过充液阀出口理论流量为Q=πD²v/4,其中:D为柱塞缸柱塞直径,v为柱塞缸柱塞下行速度。充液阀出口过流面积为s=πd²/4,其中:d为充液阀出口直径。充液阀出口理论液体流速为V=Q/s=8000mm/s=8m/s,其中:V为充液阀出口理论流速,Q为充液阀出口理论流量,s为充液阀出口过流面积。
一般充液阀在设计时排油速度为2~4 m/s。显然,这种现象的根本原因在于充液阀口径或过流面积太小。为此我们给客户建议:
(1)、为保证现生产需要,将副缸下行速度调至30~40 mm/s左右,经调试效果非常好,但是生产效率却降低了。
(2)、立即着手购买大口径的充液阀。经计算选用口径为d=63 mm左右的充液阀时可以满足充液阀使用条件,经安装后效果比较理想。这一点充分说明了液压系统设计人员在选择充液阀的型号时,一定要了解充液阀的技术性能,做到参数的合理匹配。
3、加压时,达不到规定压力值。该现象出现在1台砖机上,在设备使用半年后,按工艺要求压力设为22MPa,但是即使系统压力达到26MPa,主缸压力只能到10MPa。经试验和检查后,确定液压泵、液压阀、液压缸、液压管路、集成块都没问题,初步认定充液阀封闭不严。正常情况下充液阀主阀芯因弹簧压缩产生向外的张力使其下部锥面与充液阀阀体(亦称阀座)斜面形成线接触密封,在液压缸加压下进一步增加阀芯与阀体的压紧力,使密封更加可靠。
拆开检查后发现阀体与主阀芯的密封处密封不严,阀体斜面有一处已被压钝,压钝深度大约有1 mm,长度约为5 mm。经分析认定:充液阀在设计时阀芯和阀体材料选用45和40cr,阀芯硬度≥hrc45,而阀体硬度比阀芯低10~15个硬度单位,其硬度值约为hrc30~hrc35。由于较硬异物夹在阀体与阀芯之间,使阀芯与阀体形成局部接触,加压时阀芯与阀体间接触力加大,大部分压紧力作用在与异物相接触的阀芯与阀体的局部接触面处,使该接触面的接触应力急剧增大,从而使硬度低的阀体接触面产生性塑性变形而形成缺口。经过对阀体的修复并对整个液压系统进行重新清洗,安装试车恢复正常。
这种现象是由于油中含有较硬杂物所致,这说明油液清洁性的重要,这种故障原因具有普遍代表性。从充液阀的售后服务来看,充液阀出现不保压(即掉压)、压力打不上去的情况基本上都是因为液压油不干净,混有铁屑之类的较硬杂质打伤阀体导致密封不够而掉压(如下图阀体红圈部分即为阀体密封锥面被铁屑打伤后留下的缺口)。
4、某五金厂有台压铸机上面的充液阀,其高压端与油缸的接触面有液压油渗漏。由于该压铸机已经使用了5年,出现此现象是次,我们初步判断是高压端的密封圈老化引起的,如果是阀体或者油缸有沙眼,这种现象早就会出现,而不会等到使用5年后才出现。现在的铸件厂一般都有探伤设备,一旦探出有沙眼就报废掉,不会交给阀件厂继续加工,当然大的阀件厂家也有自己的探伤设备,如果发现有沙眼的阀体也会退给铸件厂。由于该压铸机使用的是FUTO充液阀,我们给其快递FUTO 相应型号的密封圈,该五金厂维修人员更换密封圈后没有再出现渗漏油情况。密封圈有一定的使用寿命,到一定的时候就要更换。
5、某鞋厂有台硫化机上的充液阀,出现充液阀不能有效保压。我们将充液阀拆下来检查,看到阀芯打开后没有复位,于是将充液阀的活塞缸拆下来,发现活塞筒卡在活塞缸内,有异物卡在两者之间。由于是FUTO牌充液阀(不同品牌的充液阀装配尺寸不一定相同,所以充液阀的配件拿相同品牌的更换),更换同一型号的活塞缸和活塞筒后又可以正常使用了,同时建议厂家换了新的液压油(如果不换油,因油太脏,相同的情况随时有可能出现:一旦卡死,阀芯就可能开不了,或者是打开后关闭不了)。再次强调:保持油压油干净很重要。下图就是将卡死的活塞缸与活塞筒分开后残留在内外壁上的铁屑(红圈内)及划痕。
此外还发生过控制阀芯复位的弹簧断裂现象,这主要是控制阀芯开启的压力太高(18~20 mpa)(单独由控制液压泵供油),使控制阀芯复位的弹簧经常处于过度被压状态,超过了弹簧的工作条件,弹簧疲劳过度后断掉。
还有主阀芯阀杆弯曲甚至折断的现象,这主要是排油卸压不彻底造成很大的冲击力,主阀芯阀杆经常处于受压状态;当然也有阀杆材料的选择不合理及加工的缺欠(如热处理达不到要求)等原因引起的,这主要出现在一些杂牌子充液阀上,换上FUTO充液阀以后基本不会出现这种情况。
6、 结论
通过上述较典型的故障分析及排除过程来看,我们可以总结出以下几点:
(1)、对液压系统设计者来说
①、无论是选择普通型充液阀还是先导型充液阀,都必须考虑在油路中增设单独的卸压装置,大限度地减少或消除快速排油瞬间的液压冲击。
②、充液阀性能参数的选择如口径或液体流速,必须满足工艺要求。
③、充液阀的控制压力不要过高,同时控制压力的升压速率应可控。
(2)、对制造及使用者来说
①、液压系统在加工、装配及维修时一定要保证管路、阀块、油箱等的清洁,防止因为铁屑、焊渣及其他不洁异物的混入造成液压元件功能的失效。
②、在调试及维修时往往涉及到充液阀控制参数(如控制压力、小卸荷压力、卸压时间)的重新设定,要求调试及维修人员一定要根据工艺要求及充液阀的使用要求确定的控制参数。
③、充液阀的选用尽量选择那种在市场上有一定知名度的牌子,如FUTO。