液壓機(jī)液壓故障診斷維修（二）

    某廠進(jìn)口的HPM. 200L壓機(jī)、國(guó)產(chǎn)100t四柱整形壓機(jī)都出現(xiàn)了類似故障：正常壓制一段時(shí)間以后，油液溫度升高，系統(tǒng)壓力急劇下降。經(jīng)仔細(xì)檢查都是電磁溢流閥引起的。

(1)結(jié)構(gòu)分析

    電磁溢流閥組件主要是由壓力閥插件、先導(dǎo)調(diào)壓閥、電磁閥換向閥組成（有的還攜帶緩沖閥），如圖V(a)所示。這種形式的電磁溢流閥在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，它主要控制系統(tǒng)的加載與卸載，下面就它的開(kāi)啟過(guò)程進(jìn)行分析。

    ①當(dāng)壓力閥插件A口通壓力油時(shí)，此壓力油除直接作用于主閥芯下腔外，還通過(guò)阻尼孔R1、R2進(jìn)入控制腔C和先導(dǎo)調(diào)壓閥2的進(jìn)油口，當(dāng)p_A低于先導(dǎo)調(diào)壓閥的設(shè)定壓力(p₁)時(shí)，有p_A=p_V=p_C，無(wú)液流產(chǎn)生，由于此時(shí)壓力閥主閥芯上、下兩腔的壓力相等，且對(duì)于壓力閥插件而言，上腔（C腔）的作用面積S_C大于或等于下腔（A腔）的作用面積S_A，再加上彈簧力F作用，則有(p_CS_C+F》p_AS_A，p_C =p_A，S_A≤S_C，主閥芯可靠關(guān)閉。

    ②當(dāng)p_A繼續(xù)增高，且p_A>p₁時(shí)，先導(dǎo)調(diào)壓閥開(kāi)啟，進(jìn)口壓力油經(jīng)R₁支路至先導(dǎo)調(diào)壓閥回油箱，此時(shí)由于阻尼孔R₁的阻尼作用，即阻尼孔前后出現(xiàn)壓差(p_A -pV)，有p_A>p_V，而此瞬時(shí)因R₂無(wú)液流產(chǎn)生，所以有p_V=p_C =p₁；p_A繼續(xù)增高，當(dāng)壓差（p_A - p_v）足夠大時(shí)，因壓差形成的向上的液壓力大于彈簧力F，（p_AS_A -p_cS_c）>F，壓力閥插件主閥芯上移，主閥閥口開(kāi)啟，電磁溢流閥開(kāi)始起溢流作用，在此開(kāi)啟過(guò)程中，因R₂的阻尼作用，有p_C>p_V =p₁，當(dāng)壓力閥插件主閥芯開(kāi)度一定時(shí)，先導(dǎo)調(diào)壓閥芯、主閥芯分別處于壓力平衡狀態(tài)，此時(shí)有p_V -p_C =p₁，在壓力平衡狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)方程如下：

    主閥芯流量

                    q=C_dπDY(2/ρp_A )^1/2                         (1-1)

    主閥芯平衡方程

                  p_AS_A =p₁S_C+K(Y₀+Y)+C_KπDY(sin2β) p_A               (1-2)

    先導(dǎo)調(diào)壓閥流量

                    q₁=Q_R1=(πφ⁴ /128μl)(p_A-p₁)                  (1-3)

式中  C_d——主閥流量系數(shù)；

       D——主閥芯直徑；

       K——主閥彈簧剛度；

      C_K——主閥流量參數(shù)(CK =CdCy)；

      C_V——速度系數(shù)；

      Y₀——主閥預(yù)壓縮量；

       Y——主閥開(kāi)口長(zhǎng)度；

      β——主閥芯半錐角；

       q——主閥芯閥口流量；

      q₁——先導(dǎo)調(diào)壓閥流量等于R1的流量qRI；

      μ——油液黏度；

   l，φ——阻尼孔R1長(zhǎng)度和直徑。

    這就是整個(gè)電磁溢流閥的開(kāi)啟過(guò)程，顯然先導(dǎo)調(diào)壓閥的設(shè)定壓力值p₁決定p_A。

(2)故障分析

這是電磁溢流閥的正常開(kāi)啟過(guò)程。實(shí)際上由于長(zhǎng)期使用，電磁換向閥的閥芯與閥體的配合間隙增大，其泄漏量也增大，尤其是電磁換向閥采用的滑閥式換向控制方式，其閥芯封油長(zhǎng)度短，閥芯直徑小，更增大了電磁換向閥泄漏量對(duì)油壓及溫度的敏感度。對(duì)于零開(kāi)口滑閥，其泄漏量計(jì)算公式：q_X=(πWC³_r/32μ)P_V。可知電磁換向閥泄漏量q_X正比于閥芯、閥體的徑向間隙C_r的三次方，可見(jiàn)潤(rùn)滑對(duì)其密封間隙的要求是相當(dāng)高的，C_r的微量增加導(dǎo)致泄漏量的急劇增大，另外溫升T也導(dǎo)致了泄漏量的增大，因?yàn)轲ざ认禂?shù)∥線性反比于溫升，為了便于分析，將關(guān)閉狀態(tài)的電磁換向閥視作一個(gè)阻尼R₃，此阻尼R₃值與C³_r成反比，與油液黏度μ成正比，W為閥芯面積梯度，如圖V(b)所示。

    顯然，R₁與R₃是串聯(lián)的(R₁、R₂、R₃為液阻)，電磁溢流閥組件正常關(guān)閉狀態(tài)時(shí)：

R₁=常量，R₂=常量。

    R₁的流量：

                   q_R1=(πφ⁴/128μl)(p_A-p_V)                      (1-4)

    電磁換向閥泄漏量：

                      q_X=(πWC³_r/32μ)p_V                          (1-5)

                           q_R1=q_X                                (1-6)

    由上述3個(gè)公式及圖V可推導(dǎo)出如下關(guān)系。

    若R3增大（實(shí)為C_r與μ變化），因R₁與R₃是串聯(lián)的，在同等工況下（p_A值相同），則流量q_X (q_R1)減小，壓差（p_A - p_V）減小，p_V增大，對(duì)于整個(gè)電磁溢流閥組件而言，這正是所期望的。此時(shí)與R3相關(guān)的電磁換向閥泄漏量減少，(p_A - p_V)的減小導(dǎo)致壓力閥插件主閥芯難以開(kāi)啟，R₃增大表明電磁換向閥處于正常的狀態(tài)，只有當(dāng)p_A升至先導(dǎo)調(diào)壓閥開(kāi)啟(p₁)時(shí)電磁溢流閥組件才開(kāi)啟。

若R₃減小（實(shí)為C_r與μ變化），因R₁與R₃是串聯(lián)的，在同等工況下(p_A值相同)，則q_X (q_R1)增大，壓差(p_A - p_V)增大，p_V減小，對(duì)于整個(gè)電磁溢流閥組件而言，處于非正常的狀態(tài)。取極限狀態(tài)：R₃ =0，則先導(dǎo)調(diào)壓閥被短路，完全不起作用，電磁溢流閥完全開(kāi)啟。可見(jiàn)R₃的減小導(dǎo)致了泄漏量的增大，而泄漏量的增大使得壓差也增大，當(dāng)壓差(p_A - p_V)達(dá)到克服彈簧力時(shí)，主閥芯微量開(kāi)啟，而此時(shí)的p_A值則沒(méi)有達(dá)到所要求的開(kāi)啟壓力。因此，當(dāng)R₃值的減小達(dá)到影響電磁溢流閥的正常工作時(shí)，有0<p_A≤p₁。這表明：

在滑閥式液控系統(tǒng)中，因?yàn)榛y的泄漏很小，系統(tǒng)加壓時(shí)，由于泵的補(bǔ)償作用，不會(huì)產(chǎn)生壓力損失；但在插裝式電磁溢流閥結(jié)構(gòu)中，由于阻尼R₁的反饋?zhàn)饔茫脤?duì)滑閥泄漏的補(bǔ)償無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)，反而導(dǎo)致了插裝式電磁溢流閥的不正常開(kāi)啟。

(3)實(shí)例分析

事實(shí)上，在現(xiàn)有的插裝閥液壓系統(tǒng)中，出現(xiàn)了很多壓力下降的情形，而且此時(shí)泵源壓力(p_P)：0<p_P<p₁。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查后，排除了泵、缸及其他方向流量閥出現(xiàn)故障的可能。下面對(duì)100t四柱壓機(jī)進(jìn)行實(shí)例分析，如圖W所示。

    為方便起見(jiàn)，截取原液壓圖的一部分，此液壓系統(tǒng)很簡(jiǎn)單：在主缸活塞下降時(shí)，CT3、CT2、4DT、6DT、5DT通電，主缸活塞快速下行；當(dāng)接觸到行程開(kāi)關(guān)K₄時(shí)，6DT斷電，7DT通電，主缸活塞慢速加壓，并進(jìn)入整型模具，系統(tǒng)全壓輸出；當(dāng)接觸到行程開(kāi)關(guān)K₄時(shí)，工作到位，CT3、CT2、4DT、7DT、5DT斷電，系統(tǒng)釋壓延時(shí)到發(fā)信，CT2、CT3、3DT通電，主缸活塞回程。

    但是，在運(yùn)行一段時(shí)間(1～2h)、油溫升高以后，系統(tǒng)壓力只能達(dá)到9MPa左右，而要求的整形壓力是16MPa左右，造成主缸活塞中途停下，無(wú)法整形到位，系統(tǒng)壓力明顯不足。

    據(jù)了解，此設(shè)備一直存在壓力不足的問(wèn)題，不過(guò)以前沒(méi)有現(xiàn)在明顯。再加上產(chǎn)品數(shù)量不多，可以停停歇歇的，一旦產(chǎn)品數(shù)量提高，問(wèn)題就凸顯出來(lái)。這說(shuō)明故障是長(zhǎng)期形成的，不是突發(fā)故障，由此我們考慮可能是系統(tǒng)泄漏的問(wèn)題。

    首先考慮到系統(tǒng)壓力是由柱塞泵提供的，齒輪泵只提供流量。在空運(yùn)行狀態(tài)下，先檢測(cè)液壓泵，認(rèn)為有可能是柱塞泵內(nèi)泄漏嚴(yán)重，因?yàn)橛蜏厣咭部梢詫?dǎo)致類似故障。為此，手動(dòng)操縱電磁閥CT3，發(fā)現(xiàn)空運(yùn)行狀態(tài)下，泵源最高壓力也只能達(dá)到9MPa左右，而當(dāng)油溫冷卻后再手動(dòng)操縱電磁閥CT3，泵源最高壓力卻能達(dá)到32MPa左右。因而排除了3DT、4DT所控制的液壓閥產(chǎn)生故障及串腔的可能，由于換泵也無(wú)濟(jì)于事，也排除了泵的問(wèn)題。

    其次可能是電磁溢流閥組件有泄漏。經(jīng)仔細(xì)檢查，沒(méi)發(fā)現(xiàn)明顯的機(jī)械故障，并做了壓力閥主閥芯的泄漏實(shí)驗(yàn)，也沒(méi)有問(wèn)題。

    還有可能是集成塊有縫隙。整個(gè)拆開(kāi)后最初沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，后來(lái)經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)原來(lái)是非常隱蔽的電磁換向閥出了問(wèn)題。

    結(jié)論：電磁換向閥的閥芯與閥體配合間隙過(guò)大、溫升明顯時(shí)，油液黏度降低，使微泄漏增加，導(dǎo)致主閥芯微量開(kāi)啟。原因找到了，只需更換電磁換向閥即可。這也給我們以啟示：為使先導(dǎo)調(diào)壓閥泄漏減少，應(yīng)盡量采用閥芯與閥體間隙小且配合段長(zhǎng)的電磁換向閥。