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榆次恒泰液压厂

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液压阀卡阀的解决办法及原因

2019/9/17 21:47:48点击:

液体流过阀芯阀体间的缝隙时,作用在阀芯上的径向力使阀芯卡住,叫做液压卡紧。液压元件出现液压卡紧时,会对阀的工作性能产生很大影响。轻度的液压卡紧,使液压元件内的相对移动件(如阀芯、叶片、柱塞、活塞等)运动时的摩擦阻力增大,造成动作迟缓,甚至动作错乱的现象;严重的液压卡紧,使液压元件内的相对移动件完全卡住,不能运动,造成不能动作(如换向阀不能换向,柱塞泵柱塞不能运动而不能实现吸油和压油等)的现象,手柄的操作力增大。笔者对推土机的液压系统故障调查发现,由控制阀卡紧引起的故障超过22%,而其维修用时占维修总用时的20%以上。有效避免液压卡紧现象,可降低维修费用,极大地提高工作效率。

  1液压卡紧现象的成因分析

  1.1径向力不平衡引起的液压卡紧


  产生液压卡紧的主要原因是滑阀副几何形状误差和同轴度变化引起的径向不平衡液压力,此液压力引起液压卡紧。阀芯上产生径向不平衡液压力(或称液压侧向力)的各种情形,见图1所示。


  图1中的a图为阀芯与阀孔无几何形状误差,轴心线平行但不重合的情况。这种情况下阀芯周围间隙内压力分布是线性的(图中A1和A2线所示),且各方向相等,因此阀芯上不会产生径向不平衡力。


  图1中的b图为阀芯因加工误差而带有倒锥(锥部大端朝向高压腔),阀芯与阀孔轴线平行但不重合,即有偏心。阀芯受到径向不平衡力的作用(图中曲线A1和A2间的阴影部分),使偏心距越来越大,直到阀芯与阀孔接触为止,这时径向不平衡力达到最大值,甚至产生了干摩擦。


  图1中的c图为阀芯带有顺锥,阀芯与阀孔轴线平行,并有偏心。虽然阀芯受到不平衡力的作用,但这种力使阀芯与阀空间的偏心距减小,使径向不平衡力减到最小值,即可以使阀芯自动定心。


  图1中的d图为阀芯与阀孔无几何形状误差,但由于安装等原因,阀芯在阀孔中倾斜,径向不平衡力和转矩都比较大。


  图1中的e图为阀芯高压端有局部突起(磕碰、毛刺或杂质附于阀芯上),这时突起部分背后的液流造成较大的压降,使阀芯受到不平衡液压力,这种力作用结果是把阀芯突起部分推向孔壁。






  通过分析,我们可以看到阀芯带有倒锥、阀芯在阀孔中倾斜及阀芯高压端有局部突起这三种情况会引起径向不平衡液压力,从而引起液压卡紧。


  1.2阀芯、阀孔加工质,差径向不平衡力与滑阀副几何形状误差和同轴度有关,而这些误差与加工质量有密切关系,各种几何形状误差的形成原因如下:


  (1)由于机床主轴回转卡盘与尾顶尖不同轴,或刀架、砂轮架切削行走轨迹与工件回转轴心线不平行,加工的阀芯有锥度,当锥度大端在高压腔,便形成液压卡紧。


  (2)阀芯热处理后,没有时效处理,时间一长,内应力释放而变形,产生阻力。


  (3)阀芯(阀孔)轴向拉毛而产生径向不平衡液压力。


  (4)阀芯锐边因磕碰形成突起,而产生液压力矩,使突起部分压向阀孔。


  (5)阀芯台肩环形槽是在热处理前加工的,阀芯热处理后再精加工,有可能使环形槽深浅不一致,而产生径向不平衡液压力。


  (6)阀芯台肩的环形端面与轴线垂直度误差大,易产生阀芯转动力矩,若阀芯与阀孔间隙较小,阀芯容易卡住。


  1.3油液中极性分子的吸附作用


  不平衡径向力使阀芯向阀孔一边靠近,因而产生阻碍阀芯运动的摩擦力。间隔一段时间后,轴向卡紧力突然增大,甚至在卸压后仍紧密地粘附在孔壁上,这是由于油液中的极性分子(如油性的酸类物质)堵塞所致。在高压下,轴向卡紧力总是迅速产生(高压下停留8-60s),然后趋向一最大值。卸压后,轴向卡紧自然消失的时间比形成的时间稍长。


  1.4滑阀移动时的附加阻力


  与径向力产生的同时,有时阀芯或阀套在工作压力下产生弹性变形的附加阻力,以及在阀芯和阀套间隙中液体边界层产生的附加阻力。这些阻力使阀芯运动产生轴向卡紧。


  1.5油液中杂质楔人配合间隙


  由于油液污染,固体颗粒堵塞或淤积在滑阀间隙内,导致液压卡紧、操作失灵,并可能引发事故。由于液压元件受污染物的磨损和侵蚀,致使摩擦副摩擦变形,产生不同心度,也会发生液压卡紧。油液中杂质颗粒有效直径大于10μm会对摩擦副产生磨损,而大于15μm的杂质颗粒会直接导致卡死。即使液体相对纯净,长时间的运行,也会使摩擦副零件出现不同心的现象,形成圆锥环形间隙,引起液压卡紧现象。


  1. 6干式电磁阀上的电磁推杆偏斜


  干式电磁换向阀上的电磁铁推杆采用动密封,摩擦阻力较大,且阀芯两端有中心孔,若中心孔大而推杆尺寸小,推杆插人阀芯中孔后倾斜,使阀芯移动不灵活,甚至不能换向而卡死。从液压卡紧现象中可知,液压卡紧力是造成液压卡死的内在原因。


  1.7系统工作参数偏高


  系统工作压力偏高,使磨损加剧,使阀芯、阀体产生形状误差,阀的泄漏增大,引起油液和阀的温升偏高。阀芯处于高温的油液中,温升速度远大于阀体(阀块),使得配合间隙减小,甚至发生卡紧。系统工作流量偏大,阀从通到断、从断到通换向时,由于液动力对阀芯有很大的冲击,使阀芯偏离中心位置,产生液压卡紧。


  2消除液压卡紧的措施


  2.1开均压槽


  由于加工圆柱体或阀套缸筒等内孔时不可能绝对无锥度,又由于圆柱滑动副间隙中,除了少数特例外,流体往往不可能固定单一的流向,所以卡紧力是客观存在的,我们只能采取措施减小它。其中简单而行之有效的方法是在圆柱体上或阀套缸筒等内孔开平衡压强的槽(均压槽)。因为既然产生液压卡紧力的原因是圆柱体上压强分布不均匀,则开了均压槽就能使圆柱体上不同压强区互相沟通,使压强分布趋于均匀,这个问题就得到解决。根据实践证明,在阀芯上开一条槽可使卡紧力减小到无均压槽的58%,开三条槽可降到24%。这就是滑阀阀芯和某些柱塞上都开有环状槽的道理。必须指出除液压卡紧力外,油中脏物卡在间隙中也必然使滑阀卡住,所以液压用油的滤清,应特别重视。阀芯上开了均压槽也有利于把脏物刮藏在槽内,槽的边缘应保持锐边,以防止脏物颗粒卡人间隙中。


  2. 2改进设计方法


  (1)可以将阀芯适当部位加工成锥形,将阀芯沿高压侧向低压侧方向做成微小顺锥度,即小端在高压侧,大端在低压侧,直径只差1-3μm。这时阀芯对阀孔中心有自行调整的性能,使阻力减小。但这种方法工艺复杂。


  (2)由干式电磁铁改为湿式电磁铁,电磁铁的推杆由动密封改为端面静密封,摩擦阻力减小,阀芯移动灵活。


  2。 3利用“颤振”减小卡紧力


  使柱体与套之间产生某种微小位移的“颤振”运动,这可以比较有效地消除库伦摩擦,使柱体处于摩擦力较小的动摩擦状态,并且可以防止柱体由于停留时间过长而产生卡紧力。


  对于采用电一机械转换器作为控制器件的电液伺服阀、电液比例阀,这是一种普遍采用的方法。在输人的控制信号上叠加一个频率为50-200Hz,幅值不超过额定电流20%的正弦或其他波形的颤振电流,就可以获得满意的效果。


  2。 4提高机加工和装配质。


  具体包括:①尽可能减小热处理的变形量。对于细长阀芯用20C:钢,热处理后的变形小,且能较长时间保持阀芯的原有尺寸;②阀芯类零件的中心孔几乎是所有加工工序的工艺基准,热处理后的中心孔在精加工前一定要仔细研磨修整,以获得较高的表面质量和较小的形位误差;③精加工后应仔细消除毛刺,锐边倒钝。保证锐边的部位不应倒角和修圆,以免影响轴向尺寸,如伺服阀中的控制边等;④修复阀孔精度时一般采用研磨和琦磨。阀孔成批加工时,采用金刚石铰刀,可以提高形位精度及尺寸精度;⑤结合面各连接螺钉的紧固力应均匀,以免组合螺栓预紧力过大;⑥严格执行装配工艺规程。实测各相配件的尺寸和形位误差,根据要求选配间隙;⑦严格控制阀芯和阀孔的制造精度,一般阀芯的圆度和圆柱度控制在0。003mm。


  2。 5提高油液清洁度,防止油液污染


  维护保养要严格执行各项制度和规程。提高油液清洁度,防止油液污染,对普通控制阀,要求油液的过滤精度不低于0。03mm。


  3结语


  液压系统中液压换向阀滑阀的液压卡紧现象是共性问题,不仅换向阀有,其它液压控制阀也存在。只要我们制定一些相关的技术,如在阀芯或阀孔上开均压槽、利用柱体的锥度来获得对中力以及使滑动副产生“颤振”运动等措施限制其配合间隙、偏心量及径向不平衡压力等主要影响因素,就可以减少甚至消除液压卡紧现象。

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