液压卡紧现象的故障分析.pdf

DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 3 8 液压卡紧现象的故障分析 陈 治 盐城生物工程高等职业技术学校， 江苏盐城 2 2 4 0 5 1 摘要液压卡紧是在处理液压系统问题时经常遇见的问题，有时会引起严重的事故，为了提高液压系统工作的可靠性，针对液 压卡紧故障的产生原因进行 了分析并 提出了一 系列可行 的措施 。 关键词液压卡紧；故障分析； 措施 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 50 40 1 4 2 0 3 Fa i l ur e Ana l y s i s o f Hy dr a ul i c Cl a m p i ng Phe no m e no n C HE NZ h i Ya n c h e n g B i o l o g i c a l E n g i n e e r i n g H i g h e r V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y S c h o o l ，Y a n c h e n g 2 2 4 0 5 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c c l a mp i n g i s o f t e n e n c o u n t e r e d i n d e a l i n g wi t h t h e i s s u e o f h y dr a u l i c s y s t e m p mh l e ms ， wh i c h c a n c a u s e a s e r i o u s a c c i d e n t s o me t i me s ． T hi s pa p e r a n a l y z e s t h e c a u s e s o f h y d r a u l i c c l a mp i n g a n d p r o p o s e d a s e r i e s o f me a s u r e s t o i mp mv e t h e r e l i a b i l i t y o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m． Ke y wo r d s h y d r a u l i c c l am p i n g； f a i l u r e a n a l y s i sme a s u r e 0前言 随着机械设备使用时间的增长 ，液压系统的 阀芯容易出现卡 紧的故 障。一旦出现液压卡紧故 障，轻则影响设备的正常使用，降低设备的使用 寿命，重则将造成重大的安全事故。本文结合实 际生产 中 出现 的液压 卡紧故 障进行 了仔 细的分 析 ，同时提出了若干条解决该问题的措施 。 1 液压卡紧现象的概念及影响因素 一 般而言，液压卡紧现象是指液体在流经阀 芯与阀体之间的缝隙的时候 ，通过施加在阀芯上 的力 径 向不平衡力 而导致阀芯卡住 ，不能运 动的现象 。在操作液压系统进行工作时 ，假如使 用的液压阀出现了卡紧的故障，若产生的是轻微 的力 径向不平衡力 ，则会使阀芯在运动过程中 阻力变大，导致液压换向阀换向动作缓慢。如果 力过大就会使 阀芯被卡住 ，造成液压换 向阀不能 运动 。 造成液压卡紧现象的因素有很多种，比如进 口压力、阀芯材料、杂质和停留时间等等。通过 文献[ 1 】 可知 ，由于 高压时进 口阀的阀套会膨胀 ， 所以阀芯的进口压力越大其卡紧力也越大。在文 献[ 2 ] 中可知，阀芯材料不同时相同条件下其卡紧 力也不 同，同时阀芯材料的摩擦系数 和阀芯的卡 紧力符合一定的函数关系。另外 ，在 1 ～5 分钟内 阀芯的停 留时间和卡紧力成正 比，当停 留时间大 于 5 分钟时卡紧力趋于稳定 。 2 液压 系统卡紧故障原因分析 造成液压系统出现卡紧故障的原因有很多 种 ，但一般液压卡紧故障可以分为两大类 ，一类 是机械原 因造成的卡紧故障 ，另一类是液压 阀原 因造成的卡紧故障p 。下面分别对这两大类原因进 行分析。 2 _ 1 机械原因造成的卡紧故障 手动换 向阀的阀孔和阀芯在加工过程 中存在 着一定 的直线误差且 阀芯 比较长 ，当进行手动操 作换向阀时会产生一定的残余应力。残余应力有 时会作用在阀芯上使阀芯发生弯曲，从而增大阀 芯和阀孔之间的摩擦 ，同时增大两者的压力 ，阻 收稿 日期 2 0 1 41 1 2 4 匪 丑 陈 治液压卡紧现象的故障分析 经验 碍 阀芯的运动造成机械卡紧 。由于干式 电磁阀上 电磁铁的推杆所使用的是动密封 ，其摩擦系数较 大 ，因阀芯的两端各有一个 中心孔 ，如果中心孔 比推杆尺寸大，推杆放入阀芯的中心孔会倾斜， 会使阀芯运动受阻。 阀芯在加工完成后 ，如果在转移时阀芯发 生 碰伤，这时阀芯的局部就会出现凸起。此时，液 压流在凸起部分的作用下会产生很大的压降，同 时也会产生一个力矩 ，这一力矩会将凸起部分压 向阀孔 。设计 时会在阀芯上开个环形槽 ，其 目的 就是为了减少径向不平衡压力。由于环形槽在热 处理前就 已经加工 出来 ，所 以热处理后再进行精 加工所产生的变形，会使磨削后环形槽深度不同。 对于组合式的多路换向阀而言，造成其产生 液压卡紧问题的主要原因是阀孔变形从而造成机 械卡紧使液压系统无法动作。造成阀孔变形的原 因主要有以下几个因素第一 ，结合面的平面误 差；第二 ，结合面有凸起的磕伤；第三，组合螺 栓的预紧力过大 。 另外 ，阀孔和阀芯之间的间隙过小造成摩 擦，液压油中的铁屑、砂砾等杂质也会造成液压 系统的卡紧现象。在液压阀的实际安装过程中， 如果 螺栓 的扭矩设计不合理 ，同样会造成阀孔 的 变形，增大阀孑 L 和阀芯之间的摩擦力造成液压卡 紧。液压阀的阀芯和阀孔在配合时，如果配合间 隙较大 ，形位公差较大 ，液压油在流经间隙时， 就会产生径向不平衡力 ，致使 阀芯转动变得更加 困难 。 2 ． 2液压阀原 因造成的卡紧故障 2 ． 2 ． 1 径向不平衡力造成液压卡紧 径 向不平衡力是造成液压卡紧最主要的因素 之一 ，此 力 的产 生 主要 与滑 阀副 的加 工误 差有 关 。径 向不平衡 力 的产 生主要 受两 方面 因素影 响，首先几何形状误差会产生径向不平衡力，其 次同轴度误差会产生径向不平衡力嘲 。在高压情况 下 ，液体 流经液压 阀的间隙时 ，如果锥形缝 隙沿 着液体流动的方 向是越来越大的 ，那么就会出现 所谓 的液压卡紧问题 。 1 如果阀芯和阀孑 L 在加工时都不存在几何 形状误差 ，那 么在装配时 ，如果 阀芯被歪斜放 置 在阀孔中，或者有杂质进人间隙，致使阀芯在阀 孔 中的相 对位置关系发生变化引起 的偏斜等 ，这 种偏斜产生的径向不平衡力一般都是较大的。 ／／／／／／／／／ P 图 1 形位误差造成的液压卡紧 2 如果阀芯在加工时存在误差形成倒锥 时 ，那么阀芯的轴线和阀孔的轴线虽然会平行但 是绝不会重合 ，即产生偏心 。施加在阀芯上 的不 平衡力会使液压阀中阀芯与阀孔之间的偏心矩变 得越来越大 ，当二者 的表面直接接触后卡 紧现象 就会 随之产生。 2 ． 2 ． 2系统工作压力偏高造成液压卡紧 液压系统的工作压力过高会造成液压卡紧故 障，阀芯和阀孑 L 在压力的作用下会产生形变从而 增加两者的摩擦 ，同时造成 阀的泄漏增大 ，液压 油和阀体 的温度升高。在工作压力较高的情况 下 ，阀芯所处的油温是高于阀孔所处的油温的， 因此 阀芯和阀孔 的膨胀程度不一致导致两者之间 的间隙缩小发生卡紧故障。系统工作流量偏大，阀 从通到断、从断到通或换向时，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。另外 ，大部分液压元件都避免不了内泄漏现象 的发生，内泄漏若没有使用通道或其通道较小 ， 则会导致原件回油不顺畅，会使阀芯很难移动。 3 解决液压卡紧问题的方法 3 ． 1提高液压系统的机械加工精度和装配质量 在机械加工过程 中，类似 阀芯零件所有的中 心孔基本是全部加 工程序 的技术标准 ，在进行精 加工之前要对热加工的中心孔周围进行细致打磨 修整 ，以做到最小的形位公差和最好的外表质 量。尽量减小热加工的形变量。细长的阀芯使用 2 0 C r 型钢材 ，热加工后 的形变小 ，并且能最长时 间内保持阀芯原有的尺寸。 叠 亟 霍 经验交流 一 般以珩磨和研磨方式修复阀孔的精度。大 批加工 阀孔时 ，使用金刚石材质的绞刀 ，以减小 形位公差和尺寸误差。精加工之后要仔细去除毛 刺，倒钝锐边。锐边部位不能修圆或倒角，避免 影响轴尺寸，以伺服阀上的控制边为例。应均匀 各结合面与连接螺钉之间的紧固力，避免组合式 螺栓 的预 紧力过大 。要严格遵守配装 工艺规定 。 实测各 配件尺寸及形位公差要根据规定选择装配 间隙。严格把控阀芯与阀孔之间的精度，通常阀 芯圆润度及圆柱度要控制在 0 ． 1 0 0 3 m m内嘲 。 3 ． 2减少油液污染和降低温升 保证液压 系统的清洁度 ，防止油液被 污染 。 在阀的进口，应按相关准标或厂家要求选用适用 的过滤器，保证油液的过滤精度不得低于0 ．0 3 In m。由于油液和外界不能进行充分热交换 ，在温 升较快的系统 中，特别是闭式 系统 ，必须装有高 效的冷却器 ，对系统进行及时冷却，以防温度过 高引发液压卡紧。 3 ． 3使阀芯和阀孔相互振动 采 用 阀芯和 阀孔两 者沿轴 向方 向相 对运 动 的方式能 够有效 地减小 阀芯在 动作过 程 中受 到 的阻力 ，这种方式在比较精密的液压系统中受 到广泛的采用。采用阀孔和阀芯相对运动的方式 能够大大降低阀芯受到的摩擦力。在试验中若两 者相对 的运动频率采用 1 09 0 H z ，振 幅为 0 ． 1 0 ． 2 mm，能够将阀芯在操纵过程 中受 到的摩擦力 降低为原来的4 ％一 5 ％ 左右 ，另外如果采用电磁 偏心运动方式时阀芯和阀孔相对运动效果更好【7 】 。 3 ． 4在滑阀类 阀芯上做环式均压槽 在实际的使用过程中发现 ，环形均压槽能够 很好地消除径向不平衡力 ，原理如图2 所示。在 图2中能看 出 ，若不做环式槽 ，虚线 A 和 A ， 所 围 成面积 ，为向上径向不均衡压力。做环式槽后 ， 环式槽把P 到P ， 间压力化分为几段，使径向向上 的不 均衡压 力为 曲线 和 所 围成 阴影 面的面 积，因此其能够很好地改善不平衡力。 3 ． 5改进液压 系统的设计 经过上文的分析可知 ，现有液压系统 中存在 一 定的设计缺陷，这些缺陷增加了液压卡紧故障 的发生几率。为了增强液压系统工作的可靠性 ， 需要对液压系统进行改进设计。比如可以将阀芯 制成倒锥的形状，小端朝着高压腔 ，这样能够很 好地降低径 向不均衡压力 。另外还可以采用湿式 电磁铁代替干式 电磁铁 ，其电磁铁推杆以端 面静 ／／／／／／／／／／／／ -t J 一 “12 一 图2 环形均压槽机构及原理 密封替代动密封，从而能够有效地减小阀孔和阀 芯之间的摩擦力，阀芯灵活移动降低液压卡紧故 障发生的几率。 4 结束语 研究液压卡紧故障的原理及解决措施对提高 机械系统的可靠性和保证设备的正常工作具有重 要的意义。液压系统中换向阀的滑阀液压卡紧问 题是共性现象 ，不只有换向阀存在这样的问题 ， 其也存在于其他类型液压控制阀。通过上文的分 析可知降低甚至避免液压卡紧问题的出现，需要 从改善相关技术 ，限制配合 的偏心量 、间隙和径 向不均衡压力等这些方面进行着手研究。 参考文献 [ 1 ]江泽欣． 液压传动 系统的故障与修理 [ M]． 北京电 子工业 出版社 ，2 0 1 1 ． [ 2 ]章宏甲． 金属切削机床液压传动 [ M]． 南京江苏科 学技术出版社。2 0 0 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