馬英霞 王卓崗 陳啟超

(中航工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司，陜西西安 710077)

旋轉(zhuǎn)閥是液壓閥的主要結(jié)構(gòu)形式之一，廣泛用于作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)翼及尾翼某運(yùn)動(dòng)部位的液壓助力操縱，是助力器操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一。本文介紹的旋轉(zhuǎn)閥由主閥、副閥、內(nèi)套和外套組成。雖然旋轉(zhuǎn)閥產(chǎn)品在我公司已經(jīng)生產(chǎn)了好多年，但對(duì)于旋轉(zhuǎn)閥的制造、裝配以及性能測(cè)試還處于初步認(rèn)識(shí)的階段，尤其對(duì)旋轉(zhuǎn)閥性能的判斷還非常落后，僅維持在裝配單位(筆者公司零、組件的裝配與零件的加工分在不同的單位)裝配后的性能檢測(cè)環(huán)節(jié)。處于此環(huán)節(jié)的不足之處:

(1)該閥類(lèi)零件生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)比較晚，影響裝配進(jìn)度及產(chǎn)品的交付節(jié)點(diǎn)。

(2)零件在生產(chǎn)過(guò)程中根本無(wú)法提前控制和補(bǔ)救。

(3)過(guò)多的零件因無(wú)法返修而報(bào)廢，造成浪費(fèi)。

2011年、2012年，旋轉(zhuǎn)閥部件交付處于極其被動(dòng)的時(shí)期，產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)等來(lái)的一批批旋轉(zhuǎn)閥在產(chǎn)品裝配、性能測(cè)試后被告知:閥的性能不合格。

問(wèn)題到底出在哪?如何進(jìn)行排故?這應(yīng)該是我們?yōu)榱吮ＷC節(jié)點(diǎn)和完成任務(wù)首先要做的工作。

如何提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提前排除故障是我們必須要考慮的問(wèn)題。

1 設(shè)想

直接在零件加工單位復(fù)制一臺(tái)液壓試驗(yàn)裝置，提前進(jìn)行性能測(cè)試?答案是否定的。原因:一是條件不允許，二是目前時(shí)機(jī)不成熟，三是沒(méi)有必要。因?yàn)檫@樣做相當(dāng)于進(jìn)行了兩次裝配和測(cè)試，浪費(fèi)人力和時(shí)間，根本問(wèn)題仍得不到有效解決。如何既簡(jiǎn)單又不耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，還能將問(wèn)題提前暴露，提前預(yù)控呢?

設(shè)想——用氣壓代替液壓做一臺(tái)簡(jiǎn)易的試驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)在零件進(jìn)入裝配單位前，在零件加工單位進(jìn)行模擬試驗(yàn)，以保證旋轉(zhuǎn)閥性能的質(zhì)量狀況。

2 氣動(dòng)測(cè)試原理及結(jié)構(gòu)

2.1 測(cè)試旋轉(zhuǎn)閥的氣動(dòng)原理

圖1 試驗(yàn)裝置原理圖

圖1是試驗(yàn)裝置的原理圖，從氣泵進(jìn)入氣動(dòng)量?jī)x兩測(cè)試管的壓力，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)量?jī)x壓力調(diào)節(jié)柱塞調(diào)節(jié)至相同。若氣動(dòng)量?jī)x兩氣管壓力相同，左右氣動(dòng)量?jī)x上的浮標(biāo)將處于等高靜止?fàn)顟B(tài)，若氣壓有變化，左右氣動(dòng)量?jī)x上的浮標(biāo)會(huì)產(chǎn)生上下浮動(dòng)，浮動(dòng)值的大小可以從氣動(dòng)量?jī)x試管上的刻度線(xiàn)讀出。

旋轉(zhuǎn)圖1的調(diào)節(jié)軸通過(guò)搖臂帶動(dòng)主閥，當(dāng)主閥旋轉(zhuǎn)到完全遮蓋住A、B進(jìn)氣口時(shí)，氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)處于最低的0位，無(wú)變化。

當(dāng)主閥順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后，進(jìn)油口和左腔節(jié)油口溝通打開(kāi)，左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升，隨著開(kāi)口增大，氣流增大，氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升越高。

即:順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主閥時(shí)，進(jìn)油口打開(kāi)，左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)先于右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升，但可以觀察到兩浮標(biāo)上升的差值;

逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主閥時(shí)，回油口打開(kāi)，右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)先于左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升，同樣可以觀察到兩浮標(biāo)上升的差值;

開(kāi)口越大，氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升越高。

通過(guò)旋轉(zhuǎn)主閥，氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)高低變化，有效分析閥開(kāi)口的大小和進(jìn)、回油開(kāi)口大小。同時(shí)可以測(cè)算出遮蓋量，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)油口打開(kāi)的瞬間記錄角度盤(pán)的值，同時(shí)記錄百分表的0位。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)一定的旋轉(zhuǎn)角度，行駛一定的位移量，即是該閥的不靈敏范圍和運(yùn)動(dòng)的角度范圍。

0位是死區(qū)，氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)無(wú)變化，當(dāng)圖1搖臂旋轉(zhuǎn)S1位移后，左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)開(kāi)始上升;當(dāng)圖1搖臂旋轉(zhuǎn)S2位移后，右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)開(kāi)始上升;位移S1+S2即是該產(chǎn)品的不靈敏范圍，而(S1+S2)/2即是該產(chǎn)品安全密封時(shí)的狀態(tài)。

2.2 氣流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)閥的原理

圖2 旋轉(zhuǎn)閥的原理圖

圖2是旋轉(zhuǎn)閥的工作原理圖。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸時(shí)，主閥使 P3、P1溝通，氣由P3進(jìn)入P1負(fù)載腔，同時(shí)P2和S1回油邊溝通，形成一回路。

逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸時(shí)，主閥使 P3、P2溝通，氣由P3進(jìn)入P2負(fù)載腔，同時(shí)P1和S2回油邊溝通，形成一回路。

P1、P2 壓力相同，當(dāng)溝通P1、P3的壓力和P2、P3壓力差可以從氣動(dòng)量?jī)x上讀出，通過(guò)壓差可以有效分析出進(jìn)油、回油對(duì)稱(chēng)性，以及進(jìn)油口的流量和回油口流量的變化，通過(guò)設(shè)置氣動(dòng)量?jī)x0位及百分表，讀出氣動(dòng)狀態(tài)下的遮蓋量。

2.3 主閥、副閥完全展開(kāi)情況

圖3為旋轉(zhuǎn)閥的主閥、副閥展開(kāi)圖。

主閥向右移動(dòng)時(shí)，副閥的L1點(diǎn)和主閥的M2點(diǎn)溝通，進(jìn)油邊溝通，進(jìn)油口打開(kāi)，進(jìn)入負(fù)載腔;同時(shí)主閥的M1點(diǎn)和副閥的L2點(diǎn)溝通，回油邊溝通，回油口打開(kāi)，進(jìn)入負(fù)載腔。

圖3 旋轉(zhuǎn)閥的展開(kāi)圖

主閥向左移動(dòng)時(shí)，副閥的L3點(diǎn)和主閥的M4點(diǎn)溝通，回油邊溝通，回油口打開(kāi)，進(jìn)入負(fù)載腔;同時(shí)主閥的M5點(diǎn)和副閥的L4點(diǎn)溝通，進(jìn)油邊溝通，進(jìn)油口打開(kāi)，進(jìn)入負(fù)載腔。

主閥向右移動(dòng)，L1點(diǎn)和M2點(diǎn)溝通，進(jìn)油口打開(kāi)時(shí)的位移是圖3所示的S1;主閥向左移動(dòng)，L3點(diǎn)和M4點(diǎn)溝通，回油口打開(kāi)時(shí)的位移是圖3所示的S2;S1+S2是旋轉(zhuǎn)閥單邊的遮蓋量，(S1+S2)/2即是旋轉(zhuǎn)閥單邊的中位，即完全遮蓋時(shí)的狀態(tài)。

通過(guò)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)閥體內(nèi)氣體壓力變化，判定旋轉(zhuǎn)閥的中立位置、開(kāi)啟狀態(tài)、不靈敏區(qū)范圍、進(jìn)油、回油開(kāi)啟狀態(tài)，準(zhǔn)確地判定旋轉(zhuǎn)閥的密封和加工的配合狀態(tài)，有效降低旋轉(zhuǎn)閥的故障率，并可對(duì)其進(jìn)行重疊量的匹配，從根本上提高產(chǎn)品品質(zhì)。

3 測(cè)試裝置組成結(jié)構(gòu)和使用說(shuō)明

測(cè)試裝置主要由測(cè)試工裝、氣動(dòng)量?jī)x、百分表、氣路系統(tǒng)等部分組成，圖4、圖5是測(cè)試工裝的結(jié)構(gòu)圖及剖視圖。

圖4 測(cè)試工裝

圖5 測(cè)試工裝剖視圖

按圖5先將主閥、副閥、內(nèi)套、外套組裝，再將密封圈安裝在外套的外槽中，然后整體裝入測(cè)試裝置的殼體內(nèi)，通過(guò)定位銷(xiāo)固定副閥的高度和角向位置，通過(guò)調(diào)整螺母調(diào)整主閥的高低位置，合適后測(cè)試旋轉(zhuǎn)閥的基本性能。

4 測(cè)試及現(xiàn)象分析

調(diào)整調(diào)節(jié)閥將氣泵供應(yīng)的氣壓調(diào)至0.2 MPa以下，同時(shí)將氣動(dòng)量?jī)x設(shè)定在一個(gè)穩(wěn)定的壓力區(qū)域，通過(guò)氣動(dòng)環(huán)規(guī)校正，保證氣動(dòng)量?jī)x的精度在2 μm的范圍內(nèi)。

用氣管將氣動(dòng)量?jī)x與圖4殼體的進(jìn)油孔、回油孔接通，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸使主閥順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);觀察進(jìn)油口、回油口溝通狀態(tài)。

現(xiàn)象分析及解決辦法:

(1)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸時(shí)，如圖2所示，P3和P1溝通，左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升，同時(shí)P2和S1溝通，右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升。

如果左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升，而右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)始終不動(dòng)，或者右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)一直在浮動(dòng)，則說(shuō)明存在以下幾種可能:①閥的密封狀態(tài)有問(wèn)題;①主閥與副閥配合間隙過(guò)大;③主閥、副閥的圓柱度不合格，產(chǎn)生氣體泄漏;④主閥的弦弧長(zhǎng)不對(duì)稱(chēng)。

另一種狀態(tài)是，通入相同壓力后，順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主閥，氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)始終漂浮;回不到0位，這種狀態(tài)是不靈敏區(qū)過(guò)小，遮蓋量過(guò)小或者負(fù)遮蓋的表現(xiàn)，說(shuō)明主閥上的弦弧長(zhǎng)過(guò)小，或主閥與副閥的配合間隙過(guò)大。

(2)如果順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸，應(yīng)該是左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)先上升，右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)后上升，而實(shí)際情況相反，說(shuō)明回油邊先打開(kāi)，進(jìn)油邊后打開(kāi)。這種情況，在遮蓋量允許的情況下，通過(guò)修研主閥進(jìn)油邊，使進(jìn)油邊的開(kāi)口＞回油邊的開(kāi)口，既可以保證合格的遮蓋量，又可以保證進(jìn)油邊先打開(kāi)，回油邊后打開(kāi)。

(3)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸，左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)先上升，隨后右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)也上升，將左氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)和右氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)上升的差值設(shè)定為A，如果A值過(guò)大，或者A值過(guò)小，可通過(guò)修研副閥上的進(jìn)油口和回油口的大小，使得A值保證在一定的范圍內(nèi)，但是在使得A值變小或者A值變大的過(guò)程中都會(huì)嚴(yán)重影響遮蓋量。

(4)如果通入兩個(gè)進(jìn)油口P3和P4(如圖2)的壓力相同，通過(guò)旋轉(zhuǎn)主閥變化，可以很明顯、直觀地觀察到在兩個(gè)進(jìn)油口尺寸相同的情況下，主閥對(duì)稱(chēng)的弦弧長(zhǎng)的差值。理想狀態(tài)是，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主閥，兩個(gè)氣動(dòng)量?jī)x呈現(xiàn)等高的狀態(tài)向上，如果出現(xiàn)高低不一，則證明主閥的弦弧長(zhǎng)對(duì)中心有偏差，這時(shí)可以通過(guò)修研加以調(diào)整。

(5)旋轉(zhuǎn)閥在液壓試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)操縱力過(guò)大問(wèn)題，具體分析如下:①主閥、副閥在配合狀態(tài)時(shí)，在液壓力的作用下，將尖邊毛刺沖出，使得主閥在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)滯澀或力過(guò)大。①液壓側(cè)向力的問(wèn)題，由于閥的制造誤差，主閥控制進(jìn)油和回油的弦弧長(zhǎng)存在偏差，進(jìn)油流量和回油流量不相等，主閥受到側(cè)向液壓壓緊在副閥孔壁上，縫隙中存留液體被擠出，主閥與副閥間的摩擦變大，即操縱力變大。若兩個(gè)進(jìn)油口的遮蓋量大小相同，回油口大小一致，并且回油邊開(kāi)口＞進(jìn)油邊開(kāi)口，液壓油不會(huì)產(chǎn)生滯壓，同時(shí)由于兩個(gè)進(jìn)油口壓力大小一致，進(jìn)油壓力在180°方向上一致，回油通暢，則主閥受液壓側(cè)向力很小，操縱力會(huì)很小。使用該氣動(dòng)測(cè)試裝置測(cè)量出兩個(gè)進(jìn)油口遮蓋量大小以及對(duì)稱(chēng)性，可進(jìn)行微量氣動(dòng)配磨，同時(shí)可以通過(guò)修研副閥回油口和進(jìn)油口的大小，使得回油邊開(kāi)口＞進(jìn)油邊開(kāi)口，有效解決滯壓，使油路通暢，從而解決操縱力的問(wèn)題。

5 測(cè)試結(jié)果的判定及應(yīng)用效果

首先將一套或者幾套在裝配單位測(cè)試性能合格的旋轉(zhuǎn)閥裝入試驗(yàn)裝置的殼體內(nèi)，給殼體兩處進(jìn)油口通入相同壓力的氣壓，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸使搖臂帶動(dòng)主閥順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主閥旋轉(zhuǎn)一定位移量后，兩端進(jìn)油口分別與回油口相通，記錄氣流壓力的變化大小值以及百分表所記錄的主閥旋轉(zhuǎn)的位移量值，以此作為此種旋轉(zhuǎn)閥性能判定的標(biāo)準(zhǔn)。

將需要測(cè)試的旋轉(zhuǎn)閥裝入測(cè)試裝置內(nèi)測(cè)試，分別記錄旋轉(zhuǎn)閥測(cè)試的氣流壓力變化的大小值和主閥旋轉(zhuǎn)的位移量值，與標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì)，如有差異，可通過(guò)去毛刺或者改變旋轉(zhuǎn)閥每個(gè)節(jié)油口的對(duì)稱(chēng)性以及相對(duì)應(yīng)的主閥上的圓弧差，來(lái)調(diào)整旋轉(zhuǎn)閥的氣流壓力變化的大小值和主閥旋轉(zhuǎn)的位移量值。

通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，我們已經(jīng)能判斷出旋轉(zhuǎn)閥的性能質(zhì)量狀況，同時(shí)也能正確地找出旋轉(zhuǎn)閥出現(xiàn)故障的部位，為排除旋轉(zhuǎn)閥故障指出了道路，也使得旋轉(zhuǎn)閥的交付合格率明顯提高。

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［2］張利平.液壓閥原理、使用與維護(hù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

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