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        軋鋼產(chǎn)線溢流閥的常見故障控制及實(shí)踐探究

        2021-12-16 02:23:04顧吉?jiǎng)?/span>陳忠年
        冶金動(dòng)力 2021年6期
        關(guān)鍵詞:主閥調(diào)壓溢流

        呂 卓,顧吉?jiǎng)偅愔夷?,?升

        (中天鋼鐵集團(tuán)有限公司,江蘇常州 213011)

        引言

        在液壓系統(tǒng)中,溢流閥是最常見的一種壓力控制閥,適用于多種壓力控制單元,如:穩(wěn)壓控制單元、卸荷控制單元、安全保護(hù)單元、背壓控制單元、遠(yuǎn)程控制單元等等。溢流閥按其控制形式分為直動(dòng)型溢流閥(見圖1a)和先導(dǎo)型溢流閥(見圖1b)兩種。一般來講,直動(dòng)型溢流閥適用于低壓、小流量系統(tǒng);先導(dǎo)型溢流閥適用于高壓、大流量系統(tǒng)。

        圖1 溢流閥種類

        1 溢流閥工作原理

        溢流閥的溢流壓力等于彈簧調(diào)定的壓力。當(dāng)溢流閥進(jìn)油口的壓力小于彈簧的調(diào)定壓力時(shí),溢流閥閥芯處于關(guān)閉狀態(tài),進(jìn)油口與溢流口不導(dǎo)通;當(dāng)溢流閥進(jìn)油口的壓力大于彈簧的調(diào)定壓力時(shí),溢流閥閥芯處于開啟狀態(tài),進(jìn)油口與溢流口導(dǎo)通,并且閥芯導(dǎo)通開度隨進(jìn)油口壓力的增大而增大;當(dāng)溢流閥進(jìn)油口壓力與彈簧的調(diào)定壓力相等時(shí),閥芯處于平衡靜止?fàn)顟B(tài),此時(shí)進(jìn)油口壓力就是溢流閥的調(diào)定壓力。

        先導(dǎo)型溢流閥是在直動(dòng)型溢流閥的基礎(chǔ)上再加一個(gè)溢流閥作為主閥,直動(dòng)型溢流閥作為先導(dǎo)閥。主閥與先導(dǎo)閥在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別是主閥沒有調(diào)壓彈簧,主閥的閥芯開啟壓力用先導(dǎo)閥的溢流壓力來調(diào)定,在流量、壓力較高的場合使用時(shí)可以縮小溢流閥體積,并且做到精確調(diào)壓。

        先導(dǎo)型溢流閥的工作原理見圖2。

        圖2 先導(dǎo)型溢流閥的工作原理

        2 溢流閥的線上應(yīng)用

        在液壓系統(tǒng)中,溢流閥能根據(jù)系統(tǒng)各控制回路不同的控制特點(diǎn),分別起到調(diào)壓溢流、安全保護(hù)、卸荷、遠(yuǎn)程調(diào)壓、使液壓缸回油腔形成背壓等多種作用,具體應(yīng)用的介紹如下。

        2.1 調(diào)壓溢流功能

        在系統(tǒng)采用定量泵供油時(shí),由于油泵的供油量基本恒定不變,為了調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度就需在其進(jìn)油路或回油路上安裝節(jié)流閥或調(diào)速閥,此時(shí)溢流閥就會(huì)把多余壓力油在保證油缸所需壓力的前提下溢流回油箱,溢流閥調(diào)定的壓力就是系統(tǒng)的工作壓力,溢流閥此時(shí)的功能就是調(diào)壓溢流功能,如圖3(a)所示。

        2.2 安全保護(hù)功能

        在系統(tǒng)采用變量泵供油時(shí),正常情況下系統(tǒng)內(nèi)是沒有多余的油液需溢出的,但在油泵變量機(jī)構(gòu)有故障時(shí)就可能會(huì)發(fā)生油泵輸出壓力變高的情況,造成系統(tǒng)壓力超過安全壓力,除此之外,系統(tǒng)過載也會(huì)造成系統(tǒng)壓力升高。為了保障系統(tǒng)的安全,在系統(tǒng)內(nèi)的管路上設(shè)置溢流閥,在出現(xiàn)系統(tǒng)壓力異常升高時(shí)打開泄壓,以保障系統(tǒng)安全。這種系統(tǒng)中的溢流閥也稱安全閥,正常情況下處于關(guān)閉狀態(tài),如圖3(b)所示。

        2.3 使泵卸荷功能

        在采用定量泵供油系統(tǒng)時(shí),由于油泵的供油量基本恒定不變,執(zhí)行元件處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)系統(tǒng)不需要有流量,油泵提供的壓力油就需要回到油箱,此時(shí)安裝在油泵出口的先導(dǎo)式溢流閥就可在電磁換向閥的控制下執(zhí)行使泵卸荷功能,見圖3(c)。

        2.4 遠(yuǎn)程調(diào)壓功能

        如圖3(d)所示,當(dāng)先導(dǎo)式溢流閥的外控油口接到另一個(gè)溢流閥的進(jìn)油口時(shí),調(diào)定壓力就取決于兩個(gè)溢流閥中設(shè)置壓力較小的溢流閥。系統(tǒng)通過電磁換向閥的通斷功能,就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)壓力轉(zhuǎn)換。

        2.5 形成背壓功能

        為了液壓缸的運(yùn)行動(dòng)作穩(wěn)定,在液壓缸的回油路上需建立一定的壓力,我們稱此壓力為背壓。如圖3(a)中所示,液壓缸的有桿腔到油箱之間接入一個(gè)溢流閥,利用溢流閥的調(diào)壓功能在油箱與油缸無桿腔之間建立一個(gè)適當(dāng)?shù)膲毫?,這個(gè)壓力就是油缸的背壓,這種用途的溢流閥稱為背壓閥。

        圖3 溢流閥的應(yīng)用

        3 溢流閥常見故障分析

        溢流閥常見的故障有調(diào)壓失靈、噪聲和振動(dòng)引起調(diào)壓不穩(wěn)等。

        3.1 調(diào)壓失靈故障

        3.1.1 故障原因分析

        調(diào)壓失靈故障常見的有兩種:一是調(diào)節(jié)調(diào)壓手柄壓力達(dá)不到額定值或者無壓力;二是壓力過高,調(diào)節(jié)調(diào)壓手柄壓力不下降,甚至上升。

        出現(xiàn)調(diào)壓失靈故障的主要原因有以下幾點(diǎn)。

        (1)調(diào)壓彈簧預(yù)緊力不對(duì)。通常是由于彈簧斷裂、變形或選型錯(cuò)誤導(dǎo)致調(diào)不上壓。

        (2)溢流閥的內(nèi)泄漏過大,或先導(dǎo)閥密封不嚴(yán)等導(dǎo)致調(diào)不上壓。

        (3)控制油孔K 不用時(shí)未能有效堵死,K 孔通大氣,溢流閥處在卸荷狀態(tài),導(dǎo)致調(diào)不上壓。

        (4)主閥芯上的阻尼孔被油污堵死。當(dāng)被控油壓超過開啟壓力時(shí),主閥芯施壓于其上腔和先導(dǎo)閥前腔的油液,推開先導(dǎo)閥溢流,主閥芯隨之上移,打開主閥芯溢流口,該口隨被控壓力的增高而開大,直到全開。但是,當(dāng)被控壓力減小時(shí),主閥芯不能下降,主閥溢流口不會(huì)減小,而始終處于全開狀態(tài)。使溢流閥調(diào)壓失常。

        (5)主閥芯在全開狀態(tài)時(shí),主閥芯因被卡緊或因主閥彈簧失去作用而不能下降,導(dǎo)致調(diào)壓失常。

        (6)先導(dǎo)閥閥座上的小孔被堵死,油壓傳遞不到調(diào)壓彈簧上,等于調(diào)壓彈簧失去了限壓作用。液壓系統(tǒng)失去了限壓安全保護(hù)裝置,可能釀成重大事故。因此,在許多高壓大功率的液壓設(shè)備上和特別重要的液壓系統(tǒng)中,常常設(shè)置兩套限壓溢流裝置,以確保液壓系統(tǒng)的安全。

        3.1.2 調(diào)壓失靈故障排除

        由3.1 所述以上溢流閥常見故障分析可知,遇到調(diào)壓失靈現(xiàn)象時(shí),要根據(jù)失靈現(xiàn)象,結(jié)合溢流閥工作原理和具體結(jié)構(gòu),確定故障部位及原因,進(jìn)行修理,例如,調(diào)壓彈簧斷裂、變形或選用錯(cuò)誤,應(yīng)更換調(diào)壓彈簧;阻尼孔堵寨時(shí)應(yīng)疏通之,并分析堵塞原因、或清洗元件、或過濾、更換液壓油;先導(dǎo)閥錐閥芯和閥座密封不嚴(yán)時(shí),則應(yīng)重新研配或更新。這些直觀性的修理對(duì)策不需多述。

        3.2 調(diào)壓不穩(wěn)故障

        3.2.1 故障原因的分析

        噪聲和振動(dòng)是引起調(diào)壓不穩(wěn)的主要原因。在液壓系統(tǒng)中,噪聲、振動(dòng)和油壓跳動(dòng)常常是互相伴隨的。嚴(yán)重的噪聲和振動(dòng)會(huì)影響傳動(dòng)性能和控制性能,進(jìn)而影響液壓設(shè)備的壽命。

        液壓系統(tǒng)中噪聲和振動(dòng)的主要來源是液壓泵和液壓閥,而液壓閥中又以溢流閥和電磁換向閥最易產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。油液振動(dòng)、空穴、液壓沖擊以及閥中運(yùn)動(dòng)元件的撞擊與磨擦都是溢流閥產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)的原因。

        (1)機(jī)械振動(dòng)噪聲

        先導(dǎo)式溢流閥的振動(dòng)最易發(fā)生在先導(dǎo)部位的錐閥芯處。如圖4所示,在高壓油液溢流時(shí),錐閥芯的開度很小,僅僅0.03~0.06 mm。如果錐閥和錐閥座加工精度不夠或磨損導(dǎo)致配合面橢圓就會(huì)造成錐閥徑向力不均衡,在彈簧力的作用下產(chǎn)生振蕩,通過先導(dǎo)閥前腔的共振作用發(fā)出強(qiáng)烈的噪聲,并伴隨著劇烈的壓力跳動(dòng)。

        圖4 先導(dǎo)閥振動(dòng)的機(jī)理

        (2)空穴噪聲

        在節(jié)流口流速很高的部位,油液從高壓區(qū)流到低壓區(qū)的過程中,溶解在高壓油液中的空氣以氣泡爆裂的形式得到快速釋放,在氣泡爆裂的過程中產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。這種空氣以氣泡爆裂形式快速釋放的現(xiàn)象稱為空穴。先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥口和主閥口是高低壓轉(zhuǎn)換區(qū)域,此處極易發(fā)生這種空穴現(xiàn)象,產(chǎn)生噪音和振動(dòng)??昭ìF(xiàn)象還能產(chǎn)生局部的高溫和高壓,剝落表面金屬層,粗糙化金屬表面,降低閥芯配合面的精度。

        (3)液壓沖擊噪聲

        先導(dǎo)式溢流閥在卸荷時(shí),油液從高壓狀態(tài)瞬間轉(zhuǎn)為低壓狀態(tài),壓力的急劇變化會(huì)產(chǎn)生壓力波沖擊,在機(jī)械零件共振的作用下,產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。

        3.2.2 調(diào)壓不穩(wěn)故障排除

        關(guān)于噪聲和振動(dòng)的消除是很棘手的。首先,分析噪聲和振動(dòng)的產(chǎn)生原因,確定振源就是很不容易的。有的噪聲和振動(dòng)產(chǎn)生的原因是閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理(如導(dǎo)閥芯與閥座的結(jié)構(gòu)參數(shù),導(dǎo)閥前的容積大小等),閥的配合面加工精度低;有的是液壓系統(tǒng)的問題(如管道過長、且固定不好,油液中含有空氣等);也有的是使用的問題(如流量過大或過小,油液不潔,油溫過高等)。一般地說,先導(dǎo)閥是最主要的振源,應(yīng)首先檢查其技術(shù)狀態(tài)是否異常,若有異常則應(yīng)換新或修復(fù)。此外,應(yīng)檢查油液是否合格,不合格者應(yīng)過濾或換新;溢流閥回油流速和背壓要小,為此回油斷面要足夠大,回油斷面不要突然擴(kuò)大,溢流回油最好單獨(dú)回油箱;溢流閥的安裝要穩(wěn)定、牢固,要注意連結(jié)螺栓要均勻擰緊,但又不得過緊,以防溢流閥體變形,影響溢流閥內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件的正常配合狀態(tài),產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象,因而影響溢流閥的正常工作。

        4 案例分析

        某特殊鋼棒材廠加熱爐出現(xiàn)爐內(nèi)鋼坯跑偏的故障,嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。經(jīng)過一系列的排查,發(fā)現(xiàn)步進(jìn)梁在上升到位后有偏移的現(xiàn)象,由此確認(rèn)問題出在液壓系統(tǒng)。

        4.1 油路分析

        如圖5 所示,根據(jù)步進(jìn)梁升降油缸液壓原理可知,油缸上升時(shí),壓力油經(jīng)平衡閥(a)和平衡閥(b)分別進(jìn)入到升降油缸(a)和升降油缸(b)的無桿腔,再由油缸的有桿腔流回閥臺(tái)。

        圖5 步進(jìn)梁升降油缸液壓原理圖

        當(dāng)油缸下降時(shí),壓力油從閥臺(tái)進(jìn)到升降油缸(a)和升降油缸(b)的有桿腔,再由無桿腔經(jīng)平衡閥回到閥臺(tái)。溢流閥并接在油缸的無桿腔,起安全保護(hù)作用。

        4.2 故障查找

        分析故障現(xiàn)象,油缸在做上升動(dòng)作時(shí)未有明顯異常,在上升到位后出現(xiàn)向一邊偏移。在無桿腔的測壓接頭(a)和測壓接頭(b)上分別接一個(gè)壓力表,測得測壓接頭(a)的壓力為0 MPa,測壓接頭(b)的壓力為12 MPa,系統(tǒng)壓力設(shè)定為14 MPa。

        由此,可以推斷是升降油缸(a)的無桿腔有泄漏。從圖5 可以看出,能發(fā)生泄漏的元件有升降油缸(a)、溢流閥(a)、平衡閥(a)。按照先易后難的原則,首先檢查平衡閥(a)、溢流閥(a)。分別拆下這2個(gè)閥,均未發(fā)現(xiàn)問題。裝上平衡閥(a)、溢流閥(a)后試車,測得測壓接頭(a)處的壓力仍然為0 MPa。再仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)溢流閥接回油管的膠管溫度略高于常溫。

        結(jié)合溢流閥的工作原理、常見故障及線上檢查,可以確定溢流閥產(chǎn)生故障。

        4.3 排除故障

        圖6 是溢流閥的結(jié)構(gòu)圖。由圖6 可以看出,壓力油P 與回油T 之間是用一個(gè)組合密封墊隔開成兩個(gè)油腔。如果密封墊破損,會(huì)造成壓力油的泄漏。由于此溢流閥是插裝式的,組合墊片裝在閥臺(tái)的閥孔里面,檢查溢流閥時(shí)并未注意到這個(gè)組合密封墊。再次拆下溢流閥檢查,發(fā)現(xiàn)里面的組合密封墊已經(jīng)破損。更換密封墊后裝閥試車,測量測壓接頭(a)、測壓接頭(b)處的壓力均為9 MPa,壓力恢復(fù)正常,油缸上升到位后不再偏移,加熱爐的爐內(nèi)鋼坯跑偏故障完全排除。

        圖6 溢流閥結(jié)構(gòu)圖

        5 結(jié)論

        該特殊鋼棒材廠有多處設(shè)備存在溢流閥,溢流閥是液壓系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置,通過對(duì)溢流閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及現(xiàn)場的故障解決,對(duì)今后的同類故障有重要的指示作用,并形成切實(shí)有效的解決方案。

        新液壓設(shè)備試車、更換溢流閥后的液壓泵啟動(dòng)前,必須確認(rèn)溢流閥的限壓作用,并將調(diào)壓彈簧松開,使溢流閥處于卸荷狀態(tài)。保證液壓泵的無載起動(dòng),再逐漸擰動(dòng)調(diào)壓手輪,壓縮調(diào)壓彈簧,使系統(tǒng)壓

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