趙靜一，劉平國，程 斐，郭 銳

（1.浙江大學(xué) 流體與機(jī)電系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310000；2.燕山大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

液壓故障是指液壓元件或系統(tǒng)喪失了應(yīng)達(dá)到的功能及出現(xiàn)某些問題的情形.故障診斷是從基本工作原理出發(fā)，以元件的構(gòu)造和工作特性為基點(diǎn)，排除設(shè)計(jì)制造安裝缺陷帶來的問題，正確判斷產(chǎn)生故障的原因，并能預(yù)測(cè)出未來的運(yùn)行狀態(tài).對(duì)發(fā)生故障的液壓系統(tǒng)進(jìn)行快速診斷，確定液壓設(shè)備發(fā)生故障的部位及產(chǎn)生故障的性質(zhì)和原因，并采取相應(yīng)的措施，確?；謴?fù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是每個(gè)工程技術(shù)人員及生產(chǎn)管理者共同關(guān)注的問題［1－2］.

二通插裝閥具有流通能力大、適用各種介質(zhì)、易于集成化標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，如今已廣泛應(yīng)用于冶金、工程機(jī)械、船舶及其他領(lǐng)域并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益［3］.二通插裝閥通過配置不同的先導(dǎo)控制級(jí)，靈活多變的組合可以實(shí)現(xiàn)方向、壓力、流量的多種控制.本文列舉一種二通插裝閥方向控制回路應(yīng)用在沖洗泵站中的實(shí)例，針對(duì)該回路在調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行全面分析，利用故障樹的分析方法最終找出故障點(diǎn)并進(jìn)行解決.

1 二通插裝閥結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 二通插裝閥的結(jié)構(gòu)

二通插裝閥通常由先導(dǎo)元件1、控制蓋板2、插入元件3、插裝閥體4等部分組成（如圖1所示）.先導(dǎo)元件由電磁換向閥和先導(dǎo)控制閥組成，是二通插裝閥的控制級(jí)，一般是以板式或疊加式連接安裝于控制蓋板上.控制蓋板一方面起固定插入元件的作用，另一方面還是連接插入元件和先導(dǎo)元件的橋梁，與先導(dǎo)元件一起組成二通插裝閥的先導(dǎo)控制級(jí).插入元件是二通插裝閥的主級(jí)或稱功率元件，插裝在插裝閥體內(nèi)，通過它的開啟與關(guān)閉及開啟量的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)方向、壓力和速度的控制.插裝閥體用來安裝插入元件和控制蓋板，加工有插入元件和控制蓋板的安裝孔及其他的液壓油通道［4］.

圖1 二通插裝閥結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of two-way cartridge valve

1.2 二通插裝閥的工作原理

插入元件的基本結(jié)構(gòu)如圖1，A，B腔為主油路工作腔，C腔為控制腔.設(shè)A，B，C腔的壓力及作用面積分別為pA，pB，pC和AA，AB，AC（其中AC＝AA＋AB），設(shè)彈簧作用力為FX，液流的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力為FY.插入元件的工作狀態(tài)是由作用在閥芯上合力的大小和方向來決定，當(dāng)忽略閥芯的重力及閥芯與閥套之間的摩擦力作用時(shí)，閥芯所受的合力為

由式（1）可知當(dāng)取與閥芯開啟方向相同的力為正值，相反的力為負(fù)值時(shí)，當(dāng)合力為正，即∑F＞0，閥芯開啟；當(dāng)合力為負(fù)，即∑F＜0，閥芯關(guān)閉；當(dāng)∑F＝0，閥芯處于平衡狀態(tài).根據(jù)以上工作原理可以看出二通插裝閥具有換向閥和單向閥的機(jī)能，能實(shí)現(xiàn)方向控制；設(shè)定控制腔的壓力，能實(shí)現(xiàn)壓力控制的功能；在控制腔設(shè)置行程調(diào)節(jié)裝置，對(duì)閥芯的開口大小進(jìn)行控制，從而又能實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制.從以上可以得出二通插裝閥能通過不同的先導(dǎo)級(jí)實(shí)現(xiàn)不同的功能，具有多機(jī)能的特點(diǎn)［5］.

2 二通插裝閥方向控制回路的故障分析與排除

液壓系統(tǒng)是否能夠達(dá)到預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)想要的動(dòng)作，設(shè)計(jì)、制造、安裝與調(diào)試環(huán)環(huán)相扣，尤其是在調(diào)試階段，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析與排除不僅關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，而且能夠直接檢測(cè)出系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造、安裝階段存在的問題.

液壓管路沖洗泵站是液壓系統(tǒng)安裝過程中的重要裝備之一，能夠循環(huán)對(duì)液壓管路進(jìn)行沖洗，使管路達(dá)到系統(tǒng)所要求的清潔度等級(jí).它主要由液壓泵、電機(jī)、主控制閥塊、換向控制閥塊、沖洗過渡閥塊等部分組成.本文主要分析沖洗泵站中二通插裝閥方向控制回路在調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障，并進(jìn)行診斷與排除.

泵站開始調(diào)試時(shí)沖洗工作油口流量小、流速慢，壓力建立不起來，經(jīng)測(cè)試換向控制閥塊進(jìn)油口P口的進(jìn)油流量基本上與泵的額定流量相符，說明換向控制閥塊之前的油路沒有故障，綜合分析后把故障確定在換向控制閥塊上.換向控制閥塊液壓原理圖如圖2所示.

圖2 換向控制閥塊液壓原理圖Fig.2 Schematic diagram of reversing valves piece of hydraulic

2.1 兩油口都有油液，流量一大一小，均達(dá)不到正常的流量

從圖2可知換向控制閥塊由二通插裝閥、電磁換向閥、高壓球閥、過濾器等組成，其中二通插裝閥的控制蓋板有WEA型和WEB型兩種.WEA表示常閉型，即P口與插裝閥C腔常通，從而保持閥芯常閉；WEB表示常開型，即插裝閥C腔與回油Y口常通，從而保持閥芯常開.換向控制閥塊是通過兩種類型的控制蓋板結(jié)合電磁換向閥的得電與失電進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)管路進(jìn)行換向沖洗.

根據(jù)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象首先對(duì)各元件依次進(jìn)行安裝檢查，發(fā)現(xiàn)控制蓋板7和8的位置安裝反了（如圖3所示）.對(duì)圖2進(jìn)行分析可知當(dāng)控制蓋板7和8位置調(diào)換時(shí)，控制蓋板7由常閉型變成常開型，而控制蓋板8由常開型變成常閉型，當(dāng)DT1—DT4失電時(shí)油液能通過插裝閥3到油口1，同時(shí)能通過插裝閥2經(jīng)過高壓球閥15、過濾器16到回油口T；當(dāng)DT1—DT4得電時(shí)油液能通過插裝閥4到油口2，同時(shí)能通過插裝閥1經(jīng)過高壓球閥15、過濾器16到回油T，從而就使得油液大部分都流回油箱.

2.2 兩油口出油紊亂且流量較小，不能正常換向

調(diào)換兩個(gè)控制蓋板的位置后，發(fā)現(xiàn)兩油口油液流量紊亂而且流量仍然比較小，而且換向不正常，大部分油液仍然回油箱.檢測(cè)換向控制閥塊里油路正常并且過濾器和球閥都正常，電磁換向閥也能正常進(jìn)行換向動(dòng)作，從而判斷故障出現(xiàn)在二通插裝閥組，通過對(duì)換向控制閥塊液壓原理進(jìn)行分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)各個(gè)插裝閥進(jìn)行檢測(cè)，具體故障樹如圖4所示.當(dāng)DT3，DT4得電，DT1，DT2失電時(shí)，觀察到油口1、T口有油液，油口2沒有油液；當(dāng)DT2，DT3，DT4得電，DT1失電時(shí)，觀察到油口1有油液，T口、油口2沒有油液，則證明插裝閥2正常.當(dāng)DT2，DT3，DT4得電，DT1失電時(shí)，觀察到油口1有油液，油口2、T口沒有油液；當(dāng)DT2，DT3都得電，DT1，DT4失電，觀察到油口1、油口2有油液，T口沒有油液；則證明插裝閥4正常.當(dāng)DT4得電，DT1，DT2，DT3失電時(shí)，觀察到油口1、T口有油液，油口2沒有油液；當(dāng)DT1，DT3失電，DT2，DT4得電時(shí)，觀察到油口1有油液，油口2、T口沒有油液，則證明插裝閥3出現(xiàn)故障.當(dāng)DT2，DT3得電，DT1，DT4失電時(shí)，觀察到油口1、油口2有油液，T口沒有油液；當(dāng)DT1，DT2，DT3得電，DT4失電時(shí)，觀察到油口1、油口2、T口有油液，則證明插裝閥1正常.

圖3 控制蓋板安裝示意圖Fig.3 Examples for installation of control cover

由圖4，最終確定故障點(diǎn)是在插入元件3，通過對(duì)插入元件3進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)閥本身合格，把插入元件3安裝到插入元件1的位置上，按照判斷插入元件1的步驟對(duì)閥進(jìn)行試驗(yàn)，同樣得出插入元件3本身沒有故障.再結(jié)合安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)插入元件3安裝比較困難，閥座很難安裝到換向控制閥塊的閥座孔內(nèi)，從而判斷是閥塊的閥座孔加工問題.

圖4 故障樹分析圖Fig.4 Chart of fault tree analysis

2.3 故障解決

通過前面的分析，對(duì)3號(hào)閥座孔進(jìn)行精確測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其中安裝插入元件孔的加工深度為57.6mm，標(biāo)準(zhǔn)要求為（58±0.2）mm，比最小規(guī)定深度少0.2mm，安裝示意圖如圖5a所示.由于3號(hào)閥座孔深度未達(dá)到安裝要求，在4個(gè)螺栓扭矩的作用下通過控制蓋板壓在插入元件的閥套上，使閥套產(chǎn)生變形，變形后的閥套與閥芯間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力增大，進(jìn)而影響閥芯的控制狀態(tài)，產(chǎn)生閥芯開口的紊亂.嚴(yán)格按照GBT2877—2007中對(duì)主油口公稱通徑為25mm的方形蓋板插裝閥所規(guī)定的尺寸要求，對(duì)插裝孔進(jìn)行二次改進(jìn)加工，最終故障得到解決，沖洗泵站能進(jìn)行正常的換向沖洗.3號(hào)閥座孔二次加工后安裝示意圖如圖5b所示.

3 結(jié)語

針對(duì)某沖洗泵站一種二通插裝閥方向控制回路在調(diào)試中出現(xiàn)的故障，在分析了二通插裝閥的工作原理基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，應(yīng)用液壓回路故障樹的分析方法對(duì)故障進(jìn)行分析并找出故障點(diǎn)：插裝閥體加工尺寸誤差過大，屬于典型的液壓系統(tǒng)制造階段遺留的故障，通過嚴(yán)格的二次精加工解決了故障，使泵站能夠正常工作.通過對(duì)該二通插裝閥方向控制回路故障的解決方法能對(duì)類似的插裝閥系統(tǒng)故障的診斷與排除起到很好的借鑒作用.

圖5 精加工前后安裝示意圖Fig.5 Examples for installation of finish machining

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