原载四五轻松翠竹白兰:液压换向阀阀芯卡紧故障分析

液压换向阀阀芯卡紧故障分析

发布时间:2008-07-19     来源:

目前，液压系统中广泛使用的各种液压换向阀中，均存在着阀芯卡紧现象。其中有液压卡紧，也有机械卡紧。为解决液压卡紧，国内外都在设计中采用阀芯外工作表面加工若干个平衡槽的办法，其效果很好。对于机械卡紧也都制定了一些相应的技术规范来限制其配合间隙和偏心量等主要影响因素。但尽管这样，卡紧现象仍时有发生，下面就卡紧产生的原因和解决办法作详细讨论。
　　1、产生卡紧的原因
　　1.1　液压卡紧
　　来自滑阀副几何形状误差和同轴度误差所引起的径向不平衡压力，即液体在高压下通过偏心环状锥形间隙，并且沿液体流动方向缝隙是逐渐扩大的，这时就会产生通常所说的液压卡紧现象。
　　1) 阀芯因加工误差而带有倒锥(锥体大端朝向高压腔)，在阀芯与阀孔中心线平行且不重合时，阀芯受到径向不平衡力的作用。使阀芯和阀孔的偏心矩越来越大，直到两者表面接触而发生卡紧现象。此时，径向不平衡力达到最大值。
　　2) 阀芯无几何形状误差，但是由于装配误差使阀芯在阀孔中歪斜放置，或者颗粒状污染物凝聚楔入阀孔与阀芯的间隙，使阀芯在孔中偏斜放置，产生很大的径向不平衡力及转矩。
　　3) 在加工或工序间转移过程中，将阀芯碰伤，有局部凸起及残留毛刺。这时凸起部分背后的液压流将造成较大的压降，产生一个使凸起部分压向阀孔的力矩。这也是液压卡紧的一种成因。
　　4) 设计时为防止径向不平衡力的产生，杜绝液压卡紧，在阀芯上开若干个环形槽，以均衡阀芯受到的径向压力，一般称为平衡槽。但在加工中有时环形槽与阀芯不同心；或由于淬火变形，造成磨削后环形槽深浅不一，这样亦会产生径向不平衡力导致液压卡紧。
　　1.2　机械卡紧
　　换向阀在使用中除发生液压卡紧外，有时还会发生机械卡紧，机械卡紧一般有下列原因。
　　1) 液压油中的污染物(如砂粒、铁屑、漆皮)楔入阀芯与阀孔间隙使之卡紧。
　　2) 阀芯与阀孔配合间隙过小造成卡紧。
　　3) 对于手动换向阀，由于其结构上的原因，阀芯、阀孔都较长，因而存在着直线度误差。又由于残余应力的存在，有时会使阀芯在使用中产生弯曲，严重时阀芯与阀孔间会产生较大的接触压力，阀芯运动时产生摩擦，造成阀芯运动阻滞，产生机械卡紧。同时，由于弯曲会导致某些台肩的偏置，这些偏置的台肩在高压油的作用下，又很容易产生液压卡紧。
　　4) 对于组合式多路换向阀，由于其结合面的平面度误差，或结合面有凸起的磕伤，以及组合螺栓预紧力过大等原因也容易造成阀孔变形而导致卡紧。
　　5) 无论是组合式还是整体式多路换向阀都设计有上、下盖或是定位套等定位件。由于这些组成件的偏心也容易引起阀芯的偏置，因而导致运动阻滞，造成卡紧。
　　2、避免卡紧现象的措施
　　1) 滑阀的液压卡紧是共性问题，不仅换向阀有，其他液压阀也存在，故传统设计中都有避免卡紧的措施，严格控制阀芯、阀孔的制造精度，一般，阀芯和阀孔的圆柱度允差为0.3μm，表面粗糙度：阀芯为Ra0.2，阀孔为Ra0.4，两者配合间隙为0.6～ 0.12μm，并在阀芯的适当位置(靠近高压区侧)上开设环形槽，宽0.5～1mm，深约0.5mm，且环形槽要与外圆保证同心。
　　2) 阀芯的精度允许时，可以磨顺锥(即小端朝向高压区)，结构允许的情况下，可以采用锥形台肩，台肩小端朝向高压区，有利于阀杆径向对中。
　　3) 仔细清除芯上各台肩及阀孔沉割槽边上的毛刺。仔细清除热处理件的氧化皮，且在转序时利用工位器具防止零件磕碰。
　　4) 装配过程中要防止零件磕碰，要注意清洁，各螺栓的预紧力要适当，以防阀孔变形。
　　5) 要保证液压系统的清洁度，防止油液被污染。
　　6) 提高阀体的铸造质量，减少阀芯的热处理残余应力，防止弯曲变形。
　　7) 对于组合式换向阀，为了消除阀片间结合面平面度对卡紧的影响，可使其中一个面的中间部分低1～2μm，这既可减少阀孔的变形，又不致影响结合面的密封。其示意图如图1。

图1：消除结合面平面度对卡紧影响的示意图

3 实例
　　下面向读者介绍一种平衡阀芯径向压力，防止液压卡紧的结构。
　　某整体式手动多路换向阀中，全部内腔和油道都是由机械加工而成，没有铸造腔室。这样既可避免由于铸造阀腔粘砂而导致的系统污染，又具有工艺简单、制造成本低的特点。在该阀中，卸荷阀的控制油路受换向阀芯控制，见图2。

图2：整体式手动多路换向阀

　　图2所示为换向阀芯处在中立位置，卸荷阀处卸载状态。当换向阀芯下行至其台肩全部挡住卸载孔a时，切断了控制口的卸载通道。卸荷阀关闭，系统处工作状态，此时换向阀芯处于“提升”位置。换向阀芯A-A截面上的3个均布小孔与卸载控制通道a相通，见图3。由于小孔外端面积大于通道a的面积，所以高压油的压力均匀地作用在阀杆上，消除了阀杆由于单侧受力而产生的卡紧，效果很好。

图3：换向阀芯A-A截面