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)pA低于先導(dǎo)調(diào)壓閥的設(shè)定壓力(p1)時(shí),有pA=pV=pC,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SC大于或等于下腔(A腔)的作用面積SA,再加上彈簧力F作用,則有(pCSC+F》pASA,pC =pA,SA≤SC,主閥芯可靠關(guān)閉。
②當(dāng)pA繼續(xù)增高,且pA>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(pA -pV),有pA>pV,而此瞬時(shí)因R2無(wú)液流產(chǎn)生,所以有pV=pC =p1;pA繼續(xù)增高,當(dāng)壓差(pA - pv)足夠大時(shí),因壓差形成的向上的液壓力大于彈簧力F,(pASA -pcSc)>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pC>pV =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pV -pC =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=CdπDY(2/ρpA )1/2 (1-1)
主閥芯平衡方程
pASA =p1SC+K(Y0+Y)+CKπDY(sin2β) pA (1-2)
先導(dǎo)調(diào)壓閥流量
q1=QR1=(πφ4 /128μl)(pA-p1) (1-3)
式中 Cd——主閥流量系數(shù);
D——主閥芯直徑;
K——主閥彈簧剛度;
CK——主閥流量參數(shù)(CK =CdCy);
CV——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pA。
(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:qX=(πWC3r/32μ)PV??芍姶艙Q向閥泄漏量qX正比于閥芯、閥體的徑向間隙Cr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,Cr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C3r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:
qR1=(πφ4/128μl)(pA-pV) (1-4)
電磁換向閥泄漏量:
qX=(πWC3r/32μ)pV (1-5)
qR1=qX (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Cr與μ變化),因R1與R3是串聯(lián)的,在同等工況下(pA值相同),則流量qX (qR1)減小,壓差(pA - pV)減小,pV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,(pA - pV)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)pA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?。▽?shí)為Cr與μ變化),因R1與R3是串聯(lián)的,在同等工況下(pA值相同),則qX (qR1)增大,壓差(pA - pV)增大,pV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??梢?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(pA - pV)達(dá)到克服彈簧力時(shí),主閥芯微量開(kāi)啟,而此時(shí)的pA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<pA≤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(pP):0<pP<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。