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                1. 企業資訊
                  基于二通插裝閥的換輥裝置液壓控制回路故障分析及優化

                  關鍵詞: 二通插裝閥; 換輥裝置; 故障分析; 優化

                    

                          某萬能軋機換輥裝置, 其橫移由一只液壓缸推動, 裝置需要在A、B 兩個換輥位置作較長時間的位置保持, 以保證新舊輥系的順利推入和拉出, 換輥位置由行程開關檢測。

                    

                          1、原設計液壓控制回路

                    

                          原設計的液壓控制回路如圖1 所示: 液壓缸采用比例方向閥控制, 以滿足快速200 mm/s、慢速100mm/s、定位速度20 mm/s 的工藝動作速度要求, 同時, 在比例閥B 位采用了特殊閥口形式, 以實現液壓缸伸出的差動控制, 達到節能目的; 在比例閥與油缸之間設置液控單向閥, 以實現停位時位置保持; 針對液壓缸通徑大、速度快、流量較大(無桿腔達965L/min) 的特點, 液控單向閥采用了二通插裝閥形式, 所有元件均為進口產品。

                    

                          圖1 中, 元件1 為比例方向閥, 元件2 和6 為插裝閥, 元件3 和5 為蓋板, 電磁換向閥4暢1 和4暢2 用于控制插裝閥的通斷, 其先導控制油X 從壓力油路P引入。

                    

                          2、二通插裝閥的組成及基本原理

                    

                          如圖2 所示, 二通插裝閥主要包括控制蓋板1 和插件2 (由圖中紅線框以內元件組成)。插件2 主要包括閥套3、閥座4、復位彈簧5[1] 。

                    

                    

                    

                    

                           圖1 原液壓回路圖

                      

                    

                          圖2 二通插裝閥典型結構圖

                    

                          二通插裝閥的驅動取決于壓力。對閥的驅動, 有3 個重要的承壓面積A1、A2 、A3 , A1 為閥座的面積, A3 為彈簧腔控制油作用面積, A2 為環形面積, A2 =A3 -A1 。其中: 面積A1 和A2 的液壓油壓力作用在閥開啟方向, 面積A3 的控制油壓力和彈簧力作用在閥關閉方向, 合成力的有效方向(開啟力或關閉力)決定了二通插裝閥的開關狀態[2-3] 。

                     

                          合成力公式為:


                    

                         

                    

                          3、工作原理及故障現象

                    

                  圖1 所示的液壓回路的工作原理為: 首先, 換向閥4暢1 和4暢2 電磁鐵a 得電加載, 控制油X 被切斷,此時插件彈簧腔與泄油管路Y 連通。此時, 如果比例方向閥1 得到正的指令信號, 作用于插件2 的合力ΣF >0, 座閥打開, 壓力油由A 到B 流動, 到達液壓缸無桿腔, 同時, 有桿腔壓力pB2 上升, 作用于插件6 的合力ΣF >0, 座閥打開, 油流從B 到A,液壓缸伸出; 相反地, 如果比例方向閥1 得到負的指令信號, 油流方向相反, 液壓缸縮回。其次, 當液壓缸達到A 或B 兩個換輥位置時, 行程開關發訊, 比例電磁鐵得到中位信號, 換向閥4暢1 和4暢2 電磁鐵a斷電, 控制油X 與插件彈簧腔聯通, pA1和pA2 壓力近似為零, 此時, 插件受到的合力ΣF <0, 油口A無泄漏關閉, 理論上, 液壓缸停止運動并會長時間保持在停止位置。

                    

                          但在調試時, 不能實現要求的長時間位置保持功能。在電氣控制液壓缸停止后, 液壓缸很快就出現緩慢前伸的現象, 并一直持續。一段時間后, 平臺位置超差報警, 自動換輥失敗。

                    

                          4、故障分析及優化

                     

                          從原理上分析, 此故障現象可能是由液壓缸內泄或壓力油進入液壓缸無桿腔而產生。作者采取了以下步驟來進行排查:

                    

                          首先, 關閉球閥8, 液壓缸停止運動, 排除了液壓缸內泄原因; 然后, 在液壓缸緩慢前進時, 測量液壓缸兩腔壓力, pB1 和pB2 均緩慢上升, 這表明有壓力油同時進入了液壓缸兩腔管道。從圖1 可知, 有以下幾種可能會造成此情況: (1) 比例閥未處于中位,壓力油從P 口進入A 口, 通過插裝閥進入液壓缸;(2) 插裝閥蓋板上的梭閥出現故障, 關閉不嚴, 控制油X 由此與插裝閥B 通道聯通; (3) 插件的控制腔與B 通道間存在內泄漏。對于可能性一, 根據合成力公式(1), 由于pX =p, pB <pX , A3 =A1 +A2 , 此時比例閥即使處于P 通A 的狀態, pA =p, 合力ΣF仍小于0, 插裝閥關閉, A、B 通道不能連接。對于可能性二, 作者將蓋板上X 口封堵后, 現象仍存在,不成立。對于可能性三, 由圖2 可知, 插件的閥套3和閥座5 之間是滑閥結構, 存在著內泄漏的可能性。經咨詢制造商, 其內泄量能達32 L/min, 但廠家的樣本未做任何說明, 原設計師忽略了這一因素, 從而導致了故障發生。

                    

                          原因查出后, 對原控制回路進行優化, 如圖3所示。

                      

                   

                    

                          圖3 優化后液壓回路圖

                    

                          將插裝閥的B 通道與比例閥、A 通道與液壓缸相連接。這樣原來的聯鎖關系和控制模式不發生改變,液壓缸停位時, 插裝閥A、B 通道無泄漏關閉, 液壓缸能長時間保持位置, 不產生運動, 而此時插裝閥的控制腔壓力油雖然有部分內泄到B 通道, 但通過比例閥中位機能, 回到油箱, 對功能不產生影響。從優化后使用效果來看, 液壓缸實現了長時間位置保持功能, 原故障徹底消除。

                    

                          5、結束語

                    

                          對于大流量系統, 二通插裝閥具有降低液阻和壓力損失、提高系統效率、啟閉靈敏等優點, 應用比較廣泛。但在設計時, 要特別注意規避插裝閥自身缺陷, 準確選擇控制油引入方式和壓力油進出方向, 防止因內部泄漏造成文中出現的故障現象。

                    

                          參考文獻:

                    

                          [1] 高馬達,李宏偉,楊可森.二通插裝閥工作原理及在鍛壓機械中的應用[J].液壓氣動與密封,2002(3):45-46.

                    

                          [2] 王慶國,蘇東海.二通插裝閥控制技術[M].北京:機械工業出版社,2001.

                    

                          [3] 黃人豪.二通插裝閥控制技術[M].上海:上海實用科技研究中心,1984

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