在日常的售后服務中我們發現充液閥的故障主要有以下一些現象,下面分別加以敘述及分析。
1、快速排油時,液壓沖擊大。如某臺油壓機其充液閥工作原理為加壓結束后首先通過換向閥進行卸壓,使B腔(亦稱高壓端或油缸側)壓力卸載至規定值,達到電接點壓力表下限值(零壓左右),電接點壓力表發出信號,通過相關閥使控制油壓力升高,打開充液閥,實現快速回油,油缸得以快速下行。
經檢查發現:該廠維修人員將電接點壓力表下限值設置在4 mpa。所以當B腔(亦稱高壓端或油缸側)壓力下降至4 mpa時電接點壓力表立即發信,打開充液閥,使B腔中帶壓力的液壓油突然回油,造成液壓沖擊。后將電接點壓力表下限值設置在零壓左右,即消除液壓沖擊。
說明:無論是普通型(即一段式充液閥)還是先導型充液閥(即帶預卸壓充液閥,亦稱二段式充液閥),在快速回油時,一定要首先使壓力卸掉,否則將會產生很大的液壓沖擊。對于普型充液閥(即一段式充液閥)在回油前如果不事先卸壓,導致閥芯無法打開,如果強行提高開啟閥芯的油壓,很容易讓閥芯變形,破壞閥體與閥芯的密封性;當然先導型充液閥(即帶預卸壓充液閥,亦稱二段式充液閥)由于自身帶有預卸壓裝置,在一定程度上能減小這種液壓沖擊。對維修人員來說,一定要了解充液閥使用條件。
2、快速排油時,油箱內有高速液體沖擊的聲音,且系統油溫升高速率較快,充液閥與油箱間用鋁制管箍鎖緊連接的粗膠管經常被沖開,造成大量油液外泄。
該臺液壓設備為某廠自己設計和加工組裝的,采用柱塞缸下置結構形式,充液閥為FUTO牌。從投入生產以來就有此現象。針對這一現象,我們懷疑:快速排油時液體流速過大造成回油壓力過高。該柱塞缸直徑D=400 mm,下行速度(由2個副缸牽引帶動)v=80 mm/s。充液閥為普通型充液閥(一段式充液閥,不帶預卸的那種),口徑為d=40 mm。通過充液閥出口理論流量為Q=πD2v/4,其中:D為柱塞缸柱塞直徑,v為柱塞缸柱塞下行速度。充液閥出口過流面積為s=πd2/4,其中:d為充液閥出口直徑。充液閥出口理論液體流速為V=Q/s=8000mm/s=8m/s,其中:V為充液閥出口理論流速,Q為充液閥出口理論流量,s為充液閥出口過流面積。
一般充液閥在設計時排油速度為2~4 m/s。顯然,這種現象的根本原因在于充液閥口徑或過流面積太小。為此我們給客戶建議:
(1)、為保證現生產需要,將副缸下行速度調至30~40 mm/s左右,經調試效果非常好,但是生產效率卻降低了。
(2)、立即著手購買大口徑的充液閥。經計算選用口徑為d=63 mm左右的充液閥時可以滿足充液閥使用條件,經安裝后效果比較理想。這一點充分說明了液壓系統設計人員在選擇充液閥的型號時,一定要了解充液閥的技術性能,做到參數的合理匹配。
3、加壓時,達不到規定壓力值。該現象出現在1臺磚機上,在設備使用半年后,按工藝要求壓力設為22MPa,但是即使系統壓力達到26MPa,主缸壓力只能到10MPa。經試驗和檢查后,確定液壓泵、液壓閥、液壓缸、液壓管路、集成塊都沒問題,初步認定充液閥封閉不嚴。正常情況下充液閥主閥芯因彈簧壓縮產生向外的張力使其下部錐面與充液閥閥體(亦稱閥座)斜面形成線接觸密封,在液壓缸加壓下進一步增加閥芯與閥體的壓緊力,使密封更加可靠。
拆開檢查后發現閥體與主閥芯的密封處密封不嚴,閥體斜面有一處已被壓鈍,壓鈍深度大約有1 mm,長度約為5 mm。經分析認定:充液閥在設計時閥芯和閥體材料選用45和40cr,閥芯硬度≥hrc45,而閥體硬度比閥芯低10~15個硬度單位,其硬度值約為hrc30~hrc35。由于較硬異物夾在閥體與閥芯之間,使閥芯與閥體形成局部接觸,加壓時閥芯與閥體間接觸力加大,大部分壓緊力作用在與異物相接觸的閥芯與閥體的局部接觸面處,使該接觸面的接觸應力急劇增大,從而使硬度低的閥體接觸面產生性塑性變形而形成缺口。經過對閥體的修復并對整個液壓系統進行重新清洗,安裝試車恢復正常。
這種現象是由于油中含有較硬雜物所致,這說明油液清潔性的重要,這種故障原因具有普遍代表性。從充液閥的售后服務來看,充液閥出現不保壓(即掉壓)、壓力打不上去的情況基本上都是因為液壓油不干凈,混有鐵屑之類的較硬雜質打傷閥體導致密封不夠而掉壓(如下圖閥體紅圈部分即為閥體密封錐面被鐵屑打傷后留下的缺口)。
4、某五金廠有臺壓鑄機上面的充液閥,其高壓端與油缸的接觸面有液壓油滲漏。由于該壓鑄機已經使用了5年,出現此現象是次,我們初步判斷是高壓端的密封圈老化引起的,如果是閥體或者油缸有沙眼,這種現象早就會出現,而不會等到使用5年后才出現。現在的鑄件廠一般都有探傷設備,一旦探出有沙眼就報廢掉,不會交給閥件廠繼續加工,當然大的閥件廠家也有自己的探傷設備,如果發現有沙眼的閥體也會退給鑄件廠。由于該壓鑄機使用的是FUTO充液閥,我們給其快遞FUTO 相應型號的密封圈,該五金廠維修人員更換密封圈后沒有再出現滲漏油情況。密封圈有一定的使用壽命,到一定的時候就要更換。
5、某鞋廠有臺硫化機上的充液閥,出現充液閥不能有效保壓。我們將充液閥拆下來檢查,看到閥芯打開后沒有復位,于是將充液閥的活塞缸拆下來,發現活塞筒卡在活塞缸內,有異物卡在兩者之間。由于是FUTO牌充液閥(不同品牌的充液閥裝配尺寸不一定相同,所以充液閥的配件拿相同品牌的更換),更換同一型號的活塞缸和活塞筒后又可以正常使用了,同時建議廠家換了新的液壓油(如果不換油,因油太臟,相同的情況隨時有可能出現:一旦卡死,閥芯就可能開不了,或者是打開后關閉不了)。再次強調:保持油壓油干凈很重要。下圖就是將卡死的活塞缸與活塞筒分開后殘留在內外壁上的鐵屑(紅圈內)及劃痕。

此外還發生過控制閥芯復位的彈簧斷裂現象,這主要是控制閥芯開啟的壓力太高(18~20 mpa)(單獨由控制液壓泵供油),使控制閥芯復位的彈簧經常處于過度被壓狀態,超過了彈簧的工作條件,彈簧疲勞過度后斷掉。
還有主閥芯閥桿彎曲甚至折斷的現象,這主要是排油卸壓不徹底造成很大的沖擊力,主閥芯閥桿經常處于受壓狀態;當然也有閥桿材料的選擇不合理及加工的缺欠(如熱處理達不到要求)等原因引起的,這主要出現在一些雜牌子充液閥上,換上FUTO充液閥以后基本不會出現這種情況。
6、 結論
通過上述較典型的故障分析及排除過程來看,我們可以總結出以下幾點:
(1)、對液壓系統設計者來說
①、無論是選擇普通型充液閥還是先導型充液閥,都必須考慮在油路中增設單獨的卸壓裝置,大限度地減少或消除快速排油瞬間的液壓沖擊。
②、充液閥性能參數的選擇如口徑或液體流速,必須滿足工藝要求。
③、充液閥的控制壓力不要過高,同時控制壓力的升壓速率應可控。
(2)、對制造及使用者來說
①、液壓系統在加工、裝配及維修時一定要保證管路、閥塊、油箱等的清潔,防止因為鐵屑、焊渣及其他不潔異物的混入造成液壓元件功能的失效。
②、在調試及維修時往往涉及到充液閥控制參數(如控制壓力、小卸荷壓力、卸壓時間)的重新設定,要求調試及維修人員一定要根據工藝要求及充液閥的使用要求確定的控制參數。
③、充液閥的選用盡量選擇那種在市場上有一定知名度的牌子,如FUTO。