液压系统及插装阀知识讲座

-1-液压系统及插装阀知识讲座通裕集团公司的12.5MN与31.5MN锻造液压机均为全液压（油压）传动的锻造机械。电气采用可编程序控制器（PLC）。这两台机器的传动与控制都是比较先进的。一台机器能否长期可靠的使用，除了主机的制造质量，安装的水平之外，还要看液压系统及电控系统的质量、可靠性。当然及时地良好地维护是十分重要的。为了帮助使用及维修人员更好地了解这两台机器,这里对压机的液压系统及其主要液压元件进行简单地介绍，并对液压系统常见故障进行分析。许多问题还要靠使用人员在现场观察,总结出实用的经验。这里只想起到基础性的普及教育作用。1、系统压力。12.5MN压机的系统压力为25Mpa，31.5MN压机的系统压力为21Mpa。这种压力属高压，密封应可靠，工作中泄漏是可能发生的，因此工作时，人员应避开可能发生泄漏的地点，注意防止人身伤害。2、系统介质。系统介质采用的是矿物油，具体牌号为YN46。对任何一个液压系统而言，对油液都有如下要求。2.1油液一定要干净，对液压系统来讲，油液越干净，系统发生故障的可能性就越少，液压元件的使用寿命就越长。各种不同的液压系统对油液的清洁度有不同的要求。油液的清-2-洁度有专门的国家标准。我们这个系统应用10—15μ的过滤器过滤。2.2油液的温度。机器频繁的工作，加压。液压系统必然会发热，当自然散热能力小于发热能力时，油液温度会不断升高。液压系统油液的工作温度应当小于摄氏55度。高于这个温度就应该强制进行冷却。温度过高会使油液变质，粘度降低，泄漏增加，液压系统效率也会降低。简单的检查办法就是用手去触摸油箱表面温度，如果烫手，就必须强制冷却，当手摸时，虽然热，但不烫手，就没有问题。当然油液温度过低也不行。当油温低于摄氏15℃甚至更低时，油泵起动就困难。这时最好先开一台小泵，空转若干时间，油温就会慢慢上升。必要时油箱应设加热器。对北方的工厂来说，这一点也很重要。3、油泵。这两台锻造压机的主要动力源，采用的都是轴向柱塞泵，国内的叫CY泵。这种泵质量好的话，其寿命应当达到或高于10000小时，也就是说，在我们这里工作很频繁的情况下，应该能够工作1年到1年半。否则它的质量就不能说是好的。对这种泵要注意以下事情。3.1安装要牢固。油泵输出轴与电机轴的同轴度误差应小于0.05mm，支座孔的垂直度误差应小于0.05mm，对电机-3-轴的径跳也应小于0.05mm。3.2油泵的吸油管长度要小于2500mm。3.3油箱最低油面要高于油泵中心300mm。3.4油泵放到油箱上，吸油高度不大于500mm。3.5油泵第一次启动前，油泵壳体应注满油液，工作时，壳体泄油管应与油箱连通。我们这两台压机还装了两台25YCY14—1B油泵。这种泵叫恒功率泵。它在压力低时，P≤9MPa时，流量最大，当压力超过9MPa时，流量会自动减小，这时流量为油泵额定流量的40%左右。因此这种泵配置的电机功率就小。在这两台液压系统中，对油液清洁要求最严格的当属油泵。因此液压系统工作一个月之后应当用过滤机将全部油液过滤一遍。过滤机的滤芯精度应小于等于10μ。油液不干净，配油盘和变量头滑靴接触面容易研伤。油泵常见故障：噪音过大或不正常，原因，油泵吸油不充分，吸入口漏气。如果正常运转中，油泵声响突然增大，则必须立即停泵，这可能是柱塞和滑靴铆合松动，或者是配油盘，变量头平面盘研伤。如果单是因为油泵上不到额定压力，这可能是泵体与配油盘之间有脏物，或者是配油盘定位销未装好，致使配油盘与-4-缸体贴合不好。在正常工作中，油泵温升过度，可能是轴承损坏，或者配油盘研伤，或变量头和滑靴研伤。这时也应立即停泵。4、控制阀门改造后，两台压机的主控阀门均不用滑阀而改用插装阀。滑阀与插装阀是目前液压传动系统采用最多、最广泛的两大类阀门。插装阀到70年代末期在国际上才臻于成熟。滑阀的历史就很久了。在液压系统中，小流量的最好采用以滑阀为主的叠加阀，在中型大型流量的系统中应当采用二通插装阀。国内从70年代末期开始研制二通插装阀，到80年代以后逐渐推广。目前高压大流量的系统普遍采用插装阀。插装阀的突出优点是：通流量大、启闭迅速、控制灵活多样，抗污染能力强。与滑阀相比，其缺点是结构较大，比如一个三位四通滑阀，改为插装阀，至少要二套插件，甚至要四套插件，四个电磁阀。4.1插装阀的工作原理插装阀为锥阀结构，或称座阀，就像单向阀的形状。完整的一套插装阀是由阀杯、阀芯、弹簧、盖板、控门（电-5-磁阀或压力阀等）以及阻尼塞、梭阀等组成（见图1）。它有两个工作腔A和B，一个控制腔X。阀芯头部的锥面与阀杯套孔内的阀座形成阀口，锥阀坐于阀座上，形成密封带，使A与B之间可达到没有泄漏，形成良好的密封。阀杯上设有三道密封圈，可防A、B、X之间泄漏。但X与B之间因配合间隙会有微小泄漏。插装阀的符号，按中国标准，如图所示画法。阀芯的工作状态，是关或是打开，是由作用在阀芯上的合力的方向和大小决定的（见图2）。当不计阀芯质量和阀芯与阀杯之间的摩擦力，阀芯的力的平衡关系式为：ΣF=Px×Ax-Pa×Aa-PbAb+F1+F2。式中：ΣF阀芯上作用的合力-6-PxX腔的压力PaA腔的压力PbB腔的压力AxX腔的工作面积AaA腔环状作用面积AbB腔的工作面积F1弹簧力F2液动力，它与通过阀口的流量与阀芯开口大小有关，开口较小时，液动力起作用，方向向下，开口大时液动力影响减小。当合力ΣF＞O时阀芯关闭，当合力ΣF＜O或为负值，-7-阀芯开启。当ΣF=O时，为过渡过程，阀芯保持在某个原来状态。这个关系式中，三个腔的压力状态起主要作用。插装阀中先导控制油可以为内控，也可以为外控。我们这两台压机用的是内控，当☆Px＞Pa时，A——B不通Px＞Pb时，B——A不通☆Px＝Pa时，A——B不通Px＜Pb时，B——A通☆Px＝Pb时，A——B通Px＜Pa时，B——A不通☆Px＜Pa时，A——B通Px＜Pb时，B——A通由此可以看出，控制腔X的压力必须始终大于A、B腔的压力，这样才能保证阀芯可靠地关闭，使插入元件作为二位二通阀可靠地切断A—B的油路，不受系统工作压力的影响。当在第2、第3种情况下，Px只要等于Pa或Pb腔的某一个压力时，则成为一个单向流动的单向阀。阀芯启闭的速度和时-8-间，主要是由阀芯上作用的合力以及盖板上进出油孔的大小决定的。合力大，孔大，则启闭很快，合力小，则慢，当上下压力平衡时，主要靠弹簧力关闭。有时合力虽大，但盖板有阻尼孔时，也影响关闭速度。作为单向阀开启压力的大小和弹簧有关，一般有2——4种弹簧可供选择。A—B的开启压力一般为0.3—2.8个压力（kg/cm2）。实际上插装阀的结构有许多细微变化以适应不同的用途。Ax/Aa也有不同的面积比。A型插件的面积比为1∶1.2，这是最基本的，这种结构一般的流向为A→B的方向控制阀。B型插件的面积比为1∶1.5，这种插件可A→B，也可B→A的双向流动。由于这种插件A口直径较A型的小，因而B型插件的流动阻力稍大。阀芯上带阻尼孔的插件，面积比为1∶1.07，这种结构用于压力阀。阀芯头上带缓冲头的，其面积比为1∶1.5，这种结构可A→B或B→A流动，这种结构换向冲击力小，但流动阻力比B型还大。其它还有许多这里不介绍了。4.2插装阀的控制上面讲了二通插装阀的工作原理与基本结构，也说到了一点控制。本节进一步说明插装阀的控制。插装阀的控制主要由其上面的盖板，盖板上面的各种控-9-制阀门，以及盖板上的梭阀及阻尼等实现，不同的控制可使插装阀实现各种不同的机能。这里仅介绍我们系统上用的几种。☆单向阀。如图三所示，单向阀只是在出口B处引一控制油到阀芯上X腔。单向阀一般是A型阀芯，只能A→B，油流不能反向流动。但也可用B型阀，这时只能从B→A，反之A到B是不通的。压机的系统中单向阀用的很多。泵头阀组中都有单向阀。单向阀的盖板上没有控制阀，除非油液不干净，或阀芯卡死，一般这种阀不容易出现故障。因为用了单向阀，即使某台泵不开动，系统中的高压油也反流不到不开的那台泵。否则那台泵就会反转成了油马达了。☆液控单向阀液控单向阀由插入件与液控单向阀盖板组成（见图4）。这个盖板上加了一个液控单向元件。其控制小活塞由外控油路-10-控制，其控制压力应大于或等于B腔压力的130%。当控制口X卸压时，A→B通，B→A不通，这时相当于一个单向阀。当外控油顶开小活塞时，钢球向右，X腔卸压，这时A→B，B→A均通。☆电磁换向阀如图一所示。它是由方向插入元件，电磁阀盖板和先导电磁阀组成。当采用外控油路时，控制压力必须高于系统最大压力，当电磁阀带电，A—B通，断电时A—B不通。如果采用内控油路时，当B腔压力大于X腔压力时，阀芯不能可靠的关闭，存在反向流动的可能性，这种情况在某些场合是不允许的，为此当采用内控油路，必须在盖板上加一个梭阀，如图五所示。这样当B腔压力高于A腔时，B腔压力使梭阀中的钢-11-球推向另一边，关闭A油源，而B腔与X腔连接，因而照样能可靠的关闭。在我们这两台压机中都应用了这种阀。比如，12.5MN压机中的44号阀、46号阀，即主缸进油阀和回程缸进油阀均是这种结构。从实物的盖板上可明显的看见梭阀所在位置。梭阀是一个钢球，在油压系统中一般不出故障。方向阀为了关闭可靠面积比为1∶1.2。这种方向阀插件一般也很少出故障，当油液太脏时，电磁阀可能被卡着。这时阀芯处于不受控状态，要么是打不开，要么是关不着。像我们工作中出现的故障，阀芯出现裂纹，阀芯被胀开卡着，或是油中出现脏布、手套，这都是极少见的情况。☆压力控制阀压力控制阀是一个压力阀插件和一个调压控制盖板组成。-12-如图六所示。压力阀阀芯的面积比为1∶1.07。压力阀阀芯上有一个小的阻尼孔，该孔直径很小，可能为1mm，或稍大。而盖板上装了一个直动式压力阀，靠手柄调节弹簧，调节压力阀的压力。像12.5MN压机系统中的57号阀就是这种阀。这种阀容易出现的故障是小孔堵塞，使阀芯打不开或关不着。还有就是直控压力阀的三角形阀芯没放正，关不严，使大阀关不死。系统压力上不去，或压力上的太高，一般可能是压力阀引起的。在12.5MN系统中，还有一种阀是方向阀和压力阀叠加在一起的方向压力阀，如泵头上的压力阀，既是方向阀，又是压力阀，电磁电不带电，阀芯上腔泄荷，阀芯打开，油泵打空转，电磁铁带电，阀关死，油泵上压，同时在电磁阀下面又串了一个压力阀，接在X口与P口之间。油泵的压力大小，靠压力阀调节。像12.5MN系统中的48号阀，也是方向压力阀，但它与泵头的方向压力阀又不同，它在方向阀下面放了两个压力阀，一个压力阀控制滑块慢下时回程缸中背压大小，一个压力阀控制整个回程回路的压力。这种方向压力阀的插件阀芯上也带节流孔，这也是要注意的地方。☆方向节流阀方向节流阀是为了控制流过阀门的流量的，最简单的办法就是控制阀芯开启的大小。像12.5MN系统中的52号阀。如-13-图七所示，这种阀的电磁阀不能放在盖板上面，而是放在旁边，盖板上安装一个可调节的螺杆，用它来限制阀芯的开口大小。12.5MN的快速下降的快慢就是靠调节这个阀的开口大小，决定回程缸的排油快慢来控制滑块的空程下降速度的。这种阀的阀芯是节流插件。☆特殊设计的泄压阀组（见系统原理图）在12.5MN和31.5MN两台压机的系统中都有一个特殊设计的泄压阀组。这个阀组是为了适应锻造压机快速大流量，特别是为了频率高的快锻而设计的。快锻时，每分钟锻造次数很多，且不说每分钟60次，甚至100次，就是30次，每次才只有2秒钟。这2秒钟又要加压，又要泄压，又要回程，加压要快，回程也要快，泄压当然也要快。那么大一缸压力油，从高压要很快泄到低压，是一个大难题，太快压机要发生振动，而-14-且振的你根本无法工作。因此，要求在零点几秒的泄压时间里，先是要求慢，以后就尽量快，但一旦卸压到7MPa，大阀一下子就打开了。由于63号阀通径为Dg100，这个阀很大，所以要二级控制，有一个先导级，在先导级与主阀之间又加了许多专有技术，当YV17一带电，65阀打开，65阀开口度可调。65号打开之后，65与63之间的64阀又是一个单向节流阀，为了不让63阀快速打开，