自动保压重锤式液控蝶阀故障分析.pdf

2 0 1 2年 9月 第4 0卷 第 l 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUL I C S S e p ．2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 8 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 8 ． O 4 4 自动保压重锤式液控蝶 阀故障分析 陈培 兴 ，俞 海平 浙江绍兴汤浦水库有限公司，浙江上虞 3 1 2 3 6 4 摘要由于 自动保压重锤式液控蝶阀结构及控制系统复杂，性能多样，在实际使用中常常会出现故障。笔者根据多年 从事液控蝶阀调试及维修经验，提出熟悉工作原理和运行过程是分析故障的基础 ，并总结故障分析的常用方法。 关键词液控蝶阀；故障分析 中图分类号 T H 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 81 3 43 由于 自动保压重锤式液控蝶阀按预定的不同程序 分快慢两阶段关闭 ，消 除水锤危 害 ，控制水 泵反转 ， 起到保护水泵机组和管网安全 的作用 ，因此在大型泵 站得到广泛的应用 ，但是蝶 阀结构和整个控制系统复 杂、性能多样 、功能强大。在实际使用中出现故障往 往会一筹莫展 ，难以判断，在文中，作者介绍液控蝶 阀故障分析的方法。 1 蝶阀的主要结构及功能 I 3 ] 1 机械系统 蝶阀的机械系统主要由驱动机构 、阀体、蝶板、 阀轴、轴封部件和阀轴定位部件等部件组成。 该 阀做成双偏心形式 ，其驱动机构由固定在 阀轴 上的连接头 、重锤、内外墙板和夹在两墙板中间用于 驱动阀轴回转的液压油缸组成。驱动机构通过阀轴带 动蝶板在 9 0 。 范围内转动。驱动机构采用液压传动和 控制 ，利用举起的重锤提供关阀动力，并装有 自动保 压弹簧式蓄能装置，所有动作均由蝶阀电控箱和液压 控制箱控制，液压油缸与液压控制箱之间采用高压胶 软管组成 。 2 液压控制系统 蝶 阀的液压控制 系统主要 包括油 泵 、油泵 电机 、 溢流阀、调速阀、手动 阀、电磁阀等各种控制阀系 统，其原理如图 1 所示。 开阀 。液控 蝶 阀接 到开 阀信 号 ，油 泵 电机 2启 动；同进电磁阀9得电断开。此时经油泵加压的液压 油经滤油器 1 、油泵电机 2 、调速阀 4 、高压胶管 1 2 、 单向阀 1 3 同时经慢关 时间调节 阀 l 4 、快关 时 间调 节阀 1 5 、及快 慢 关 角 度 阀 1 6 进 入 液 压 摆 动 油缸 l 8 ，推动油缸活塞移动，油缸活塞带动与之相连接的 连接头使重锤 1 7升起 ，并 带动 阀轴 使蝶板 打开 ；没 经过调速阀4的多余液压油经溢流阀3流回油箱 1 9 。 液控蝶液控阀全开后 ，油泵电机 2继续启动向蓄能装 置 1 O充油，直到蓄能装置中液压油压力达到保压力 上限值时，停油泵电机行程开关动作使油泵电机停 止 ，开阀完 毕。 集聚 在 缸 内 l 一 游 油器卜电机 油泵3 一 溢 流阀4 一调速 阀 5 一并 联手 动 阀 一 滤油器 7 一手摇泵 8 一压力表 9 一电磁髑 l O 一蓄能器 l l 一 串 联手动 阀l 2 _高压胶管 1 3 一单向阀 l 4 一慢关时间调节阀 l 5 一快关时间调节网 l 6 ～快慢关角度调节阀 l 7 一重锤l 8 一摆动 油缸 接力器l 9 一油箱 图 1 液控蝶阀控制原理图 正常及事故关阀。当液控蝶阀接到关 阀信号后 或需要紧急关阀时 ，电磁阀9失电打开，在重锤 1 7的作用下，液压油缸 内的压力油经快慢关角度调 节阀 l 6 及快关时间调节阀 l 5 ，慢关时间调节阀 1 4 ， 高压胶管 1 2和电磁 阀 9流 回油箱 1 9 ，利用重 锤力矩 带动蝶板关 闭实现 预先 调定 的 快慢关 程 序两 阶段 关 阀。关阀程序，包括快关时间、慢关时间和快慢转换 角度，由油缸缸上的快关时间调节阀、慢关时间调节 阀和快慢角度调节阀来调定。 系统自动保压。当液压系统中压力下降到额定下 限值，蓄能装置上补油开关动作，油泵电机启动蓄能 装置充油至上限值，蓄能装置上停油电机的开关动 作，使油泵电机停止 ，从而完成 自动储油。 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 2 4 作者简介陈培兴 1 9 7 4 一 ，男，主要从事泵阀检修工作。Em a i l c p x 7 3 0 0 5 0 1 6 3 ． c o rn。 第 l 8期 陈培兴 等自动保压重锤式液控蝶阀故障分析 1 3 5 手动操作。摇动手摇泵 ，或打并手动 阀即可手 动启闭液控 阀。 3 P L C电气控制系统 该控制系统 由主 回路和控制 回路组成 ，主回路 由 短路、过载等保护元件和一台油泵电机 7 ． 5 k W 组成 ，用于控制和保护油泵电机 ，控制 回路 主要采 用 三菱 F X I S 可编程控制器，通过操作箱上转换开关 S A 可实现现场、远程及与泵联动操作。 在开阀过程 中 ，如 出现油泵连续运行超过 2 m i n ， 开启关闭失灵 、掉锤及油泵电机过载、动力电源消失 等故障时，能发出故障报警信号 ，故障指示灯亮。 蝶 阀有全开 、全 关 、关 向 7 5 。 、油泵 运行 、电源 消失、远程、综合故障等信号输出，均属无源触点信 号至控制 室。 2 液控蝶阀故障分析的方法 1 熟悉液控蝶阀的工作原理和运行过程 整体工作原理分析。工作部件主要为液压缸 ，其 工作过程按预定的程序实现，运动状态的改变靠转换 信号，信号主要来源于按钮开关和行程开关 ，这些输 入的信号可通过 P L C逻辑运算转化为控制电磁阀电 磁铁线圈的输出信号，这样就可以实现液压系统 的 P L C控制 。 全关行程开关与全开行程开关通过 P L C程序控 制油泵电机和电磁阀实现液控蝶阀开 关 阀功能 ， 构成了一个简单的闭环系统，其 中全开 关行程 开关作为系统 中的检测反馈元件，判断阀门是否关 开 到位 。开阀运行时 ，电动机 得 电转 动 ，此时 电 能转换成液压能 ，液压能通过摆动油缸输出扭矩，克 服重力矩转动蝶板完成动作。关阀动作时，电磁阀得 电泄压 ，阀门在重力矩作用下以较快速度关阀，转动 到一 定角度 ，挡块挡住快慢关角度调节 阀，调节阀关 闭，此油路不通 ，此时以较慢速度转动蝶板完成动 作 。 调速原理分析 节流调 速 。通过输 出液压缸 流 量的方法来调速，即通过回路中流量控制元件通流截 面积的大小来控制流出执行元件的流量，以调节速 度。开阀为进 口节 流调速 ，关 阀为 出口节流调速 。关 阀时通过调速阀并联来实现两种工作转速的切换。 保压原理分析。低压补油开关与高压停止开关通 过 P L C程序控制油泵电机实现液压系统的 自动保压 功能。 2 区分不同控制系统故障类型 ①以不同控制系统联系纽带为切入点来区分故障 类型 ②掌握不同控制功能来区别故障类型 由于液控蝶阀能实现远程和就地控制功能 ，所以 通过切换开关可区分是外部输入故障还是蝶阀本身故 障。同样 ，在现场既可用 P L C电气启闭阀门，也 可 手动启闭；采用不同开阀与关阀方法即可区分是 P L C 电气控制系统还是液压控制系故障。 3 熟悉不同控制系统故障特点及常用分析方 法 P L C故障特点及常用分析方法 P L C控制的电气故障主要分为外部输入回路故 障、外部输出回路故障、P L C内部故障，而 P L C内 部故障又分为主控单元故障、输入单元故障和输出单 元故障，由于 P L C内部制造精 良，其主控单元极少 出现故障。一般情况下可依照输入一程序执行一输出 的步骤进行故障排除，同时要利用输入输出 L E D状 态进行故障分析 ，具体分析方法如下 输入检查是利用输入 L E D指示灯识别 ，当输入 L E D不亮时 ，可初步确定是外部输入系统故障，再 配合万用表检查 ，如果测出电压不正常，就可确定是 输入单元故障，当 L E D亮而内部无显示，可认为输 入单元、C P U单元或扩展单元的故障。 程序执行检查是通过写入器 的监视器来检查 ，当 与结果不一致时，则是程序错误或运算部分出现故 障。 输出检查可用输出 L E D指示灯识别，当运算正 确而输出 L E D指示错误，则可认为是 C P U单元，I ／ O 接口单元的故障，当输出 L D E亮而无输出，则可判 断是输出单元故障或是外部负载系统出现故障。 ②液压系统故障特点及常用分析方法 液压系统工作不正常，不管表现形式如何 ，最后 主要表现为液压缸不能正常工作，例如运动不稳定 ， 开阀时间及快、慢关时间不符合要求，液压缸产生噪 声和抖动等故障，这故障无论是什么具体原因，有多 少影响因素 ，往往都可以根据压力、流量 、流量方向 去查找故障原因，并采取相应对策予以排除。 液压系统压力升不高或突然升高或不稳定原因 图 1中 9压力表 液压泵 间隙过大 ，造成泵 内泄 漏 严重 ，系统压力达不到设定值；由于污染物等原因， 使溢流阀主阀芯卡死在开启或关闭位置，前者使系统 压力升不高，后者使压力突然升高，而且还掉不下 来 ；系统 内有关元件 内泄漏严重 、液压缸活塞不密封 等原因将使系统压力上不去 ；油液中混有空气、阀芯 在阀体内移动不灵活等原因会使压力很不稳定。 流量不正 常 开 阀及 快 、慢关 时间将 发生变 化 ， 但快慢转换角度不变。 4 熟悉液压缸常见故障及原 因 1 3 6 机床与液压 第 4 0卷 由于液控 阀在泵站中对安全起 了极其重要 的作 关时间调节阀与角度调节阀都安装在油缸内，从而显 用，而液压缸在蝶阀中具有核心作用，是液压控制系 得结构复杂，在实际使用中故障率较高，表 1 列出了 统及 P L C电气控系统的执行机构，同时由于快、慢 液压缸常见故障及原因。 表 1 液压缸 常见故障及原 因 常见故障 原因 动作不灵 开阀时间过长 欠速 油缸运行 中产生不正常声 响和 抖动 不能实现快慢速度调节 液压缸无动作 压力油未进入油缸或油缸回油路受阻； 油缸活塞密封严重破损或缸 筒损坏， 活塞与活塞杆连接松脱； 活塞与缸筒的配合过紧或污物卡 住 ； 油缸安装不良； 其他元件和回路方面的原因 供油不足， 压力不够； 系统漏油； 溢流阀溢流太多； 缸体局部损坏； 油 缸别劲； 内漏严重 油缸进气 ； 滑动金属的磨擦 ； 密封件过紧产生摩擦和振动； 内泄漏产 生异常声响 快慢关角度调节出现故障； 油缸尾部单向阀反向不起密封作用 电磁阀失控； 液压缸密封件损坏 5 掌握液控阀性能趋势及相互关系 液控蝶阀基本性 能包 括 开 阀时 间 ，快 关 时间 ， 慢关时间，快慢关转换角度 ，时间发生变化反映了油 缸速度改变，最终体现了液压系统中流量发生变化。 趋势分析法 通过反映液控 阀时间这个特征参数 变化，找出其特性和发展趋势，从而确定故障原因。 既要分析液控阀开阀时间、快关时间、慢关时间等纵 向及横 向发展趋势 ，同时也要分析开阀时间 、快关时 间、慢关时间等相互之间的关系分析。例如由于某种 原因缸筒中心线发生偏移 ，造成活塞杆中心线不同 心，活塞杆对液压缸中造成单边顶磨，此时开阀时间 不变 只须克服较小启动摩擦力 ，快关时间在缓慢 地增加 ，慢关时间增加趋势较明显 角度越小克服 阻力越大 ；又如某种原因造成活塞杆弯曲变形 ，此 时活塞杆在往复运动中受到摩擦力是一样的，即开关 时间、慢关时间、快关时间都将增加，并且快关时间 与慢关时间增加的趋势是相同的。再例如开阀时间突 然发生改变或变化趋势较为明显，而快慢关时间及 快 、慢关转换角度几乎没有变化，只能说明是液压系 统中调速阀出现了故障。 6 从整个系统来分析故障 系统故障指整个生产控制系统失效的总和，又可 分 P L C故障和现场生产设备故障两部分。由于 自动 保压重锤式液控蝶阀作为一个完整的系统，所以在分 析故障要注意系统性 ，单独专注于某一部分的故障分 析有可能会陷入思维的死区，有时从系统的角度及相 互之间关系来分析故障会 显得轻而易举。例如 P L C 故障指示灯亮，但不说明P L C控制系统出现故障，同 样油泵电机工作 1 5 m i n以上油压达不到上限值时灯 也会亮 。 3 结束语 由于液控蝶阀性能多样 ，功能强大，结构复杂， 由多种控制系统组成 ，故障因素复杂，如果掌握以上 方法是不难分析出液控蝶阀的故障原因。 参考文献 【 1 l长沙市阀门厂． 希斯威系列 K D 7 4 1 X H 一 V型 自动保 压式液控止回蝶阀产品说明书[ M] 【 2 】陈培兴， 吴春刚， 诸育才． 自 动保压重锤式液控蝶阀及其 控制系统综合故障分析[ J ] ． 中国设备工程 ， 2 0 1 1 6 3 83 9 ． 【 3 】陈培兴， 吴春刚， 任杰． 机电液技术在自动保压重锤式液 控蝶阀上的应用[ J ] ． 机械工程师 ， 2 0 1 1 7 1 3 01 3 2 ． 【 4 l徐黎． P L C 故障分析与排查[ J ] ． 宁波职业技术学 院学 报 ， 2 0 0 9 1 3 2 6 2 7 ． 【 5 】嵇光国， 吕淑华． 液压系统故障诊断与排除[ M] ． 北京 海洋出版社 ， 1 9 9 2 ． 【 6 】周秀君． 液控阀控制油路的正确使用[ J ] ． 机床与液压 ， 1 9 9 9 5 7 7 7 8 ． 【 7 】李河清， 潭青， 林光霞． 叉车液压系统起升液压缸无力的 故障树分析[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 8 2 1 9 9 2 0 1 ． 【 8 】苏欣平 ， 王太勇， 万淑敏． 液压缸常见运行故障泄漏 的排除[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 3 3 3 2 0 3 2 0 ． 【 9 】梁广兴． 循环水泵 出口蝶阀的运行及 常见故障分析 [ J ] ． 广东科技 ， 2 0 0 8 1 6 7 5 7 6 ． 【 1 O 】周秀君． 液控单向蝶阀常见故障排除及维护[ J ] ． 通用 机械 ， 2 0 0 6 1 0 3 1 3 2 ． 【 l 1 】 陈锦庆， 陈清清。 液控蝶阀典型缺陷分析及处理[ J ] ． 水利 电力机械 ， 2 0 0 6 6 2 1 2 2 ．