電液換向閥出廠試驗研究

□ 呂永福 □ 金俠杰 □ 張平平 □ 邢科禮

1.上海大學 機電工程與自動化學院 上海 200072

2.寧波中意液壓馬達有限公司 浙江寧波 315208

電液換向閥是電磁換向閥和液控換向閥的組合，它主要用于流量較大（超過60 L/min）的場合，一般用在高壓大流量系統中［1］。在電液換向閥的生產裝配過程中，難免會出現閥體加工后內孔有毛刺、清洗不干凈、閥芯裝反、閥芯軸向尺寸偏長或偏短、彈簧太硬、電磁鐵鐵芯接觸不良等現象。因此，為保障產品質量，電液換向閥的出廠試驗是非常必要的。筆者研制的電液換向閥試驗臺，在試驗時對閥芯機能、先導機型等做了針對性的判斷，以避免電液換向閥出廠時閥芯裝錯、螺堵漏堵或多堵的情況發生。

1 電液換向閥的工作原理

如圖1所示，在實際使用中，根據先導機型的不同，可以將電液換向閥分為4種不同的形式：內控內泄式 （①、②處無堵頭）、內控外泄式（①處無堵頭、②處有堵頭）、外控內泄式（①處有堵頭、②處無堵頭）、外控外泄式（①、②處有堵頭）。

當左端（或右端）電磁鐵通電，先導閥換向，使先導油進入主閥的左腔（或右腔），主閥另一彈簧腔通過先導閥換向與油箱接通。至此，主閥換向到左位 （或右位），實現執行元件某一個方向的工作；電磁鐵失電，先導閥和主閥都在各自復位（對中）彈簧的作用下回到各自中位上。

▲圖1 電液換向閥等效原理示意圖

2 測試液壓系統

根據電液換向閥的出廠試驗要求，設計測試液壓系統原理如圖2所示，液壓系統主要由動力供油單元、負載模擬單元、泄漏測試單元、吹氣排油單元和先導供油單元等組成。

動力供油單元由兩臺定量柱塞泵加變頻電機組成，通過變頻調速改變泵的輸出流量以滿足不同型號的被試閥對不同測試流量的要求；負載模擬單元采用橋式比例加載回路［2］，為被試閥A、B口建立壓差，模擬不同的工作負載；泄漏測試單元可以分別測量被試閥左、中、右位的內泄漏量；在測試結束后，被試閥內往往會殘留不少的油液，這樣會造成很大的浪費，為解決這個問題，系統專門設計了吹氣排油單元，試驗結束后，回路中可以分別對被試閥P、A、B、T口通入壓力為5 bar(1 bar=0.1 MPa)的氣體將被試閥內的油液全部排出；先導供油單元可以為外控式的被試閥提供先導控制油。

3 出廠試驗內容及方法

根據JB/T10373-2002《液壓電液動換向閥和液動換向閥》機械行業標準和廠家的要求，電液換向閥出廠試驗內容有：先導電磁鐵測試、閥芯中位機能測試、先導機型測試、閥芯換向性能測試和泄漏測試。

3.1 先導閥電磁鐵測試

為了防止電磁鐵線圈裝配錯誤或電磁鐵鐵芯接觸不良，需要對電磁鐵進行測試。進行電磁鐵測試時測試電壓為額定電壓的87%，用電流傳感器測量流過線圈的電流，再輸出給采集卡，由計算機測控軟件自動判斷電磁鐵的線圈電流是否正常。電磁鐵測試必須在室溫下進行，以免線圈通電后因發熱而引起電流變化。

▲圖2 液壓系統原理圖

表1 P口單獨加壓的壓力數據范圍/MPa

3.2 閥芯中位機能測試

為了防止閥芯裝錯或閥芯尺寸過長導致閥中位機能不正常現象的發生，出廠前需要對被試閥進行中位機能測試。閥芯中位機能測試采取的方法是將系統壓力調節至12 MPa，初始狀態時被試閥4個口的進出油球閥全部處于關閉，測試時單獨依次打開P口進油球閥14.2、A口進油球閥14.3、B口進油球閥14.4，其余3個口的進出油球閥關閉，等待5 s，通過測試系統軟件采集分析4個口的壓力值，從而自動判斷被試閥的中位機能。被試閥單獨從P口加壓能判斷出的中位機能及其壓力數據，見表1；被試閥單獨從A口加壓能判斷出的中位機能及其壓力數據，見表2；被試閥單獨從B口加壓能判斷出的中位機能及其壓力數據，見表3。

3.3 先導機型測試

先導機型測試主要針對電液換向閥的出廠試驗，其目的是為了檢測先導流道及堵頭是否安裝正確。在保證其它油口處于截止的條件下，從被試閥的X口通入一定的壓力油，同時測試系統軟件采集分析被試閥P口和X口的壓力。若P口有壓力且等于X口的壓力，則先導機型為內控式（先導控制油由內部P口提供）；若P口無壓力，則先導機型為外控式（先導控制油由外部控制油路提供）。壓力卸掉后，再從被試閥的Y口通入一定的壓力油，同時測試系統軟件采集分析被試閥T口和Y口的壓力，若T口有壓力且等于Y口的壓力，則先導機型為內泄式（先導控制油從主閥T口排回油箱）；若T口無壓力，則先導機型為外泄式（先導控制油從Y口排回油箱）。

表2 A口單獨加壓的壓力數據范圍/MPa

表3 B口單獨加壓的壓力數據范圍/MPa

3.4 閥芯換向性能測試

為了檢測被試閥是否存在閥芯裝反或卡閥現象，需要進行換向性能測試。將模擬負載壓力調節至20.7 MPa，系統流量根據具體被試閥不同閥芯要求的試驗流量進行設置，然后根據被試閥的先導機型形式選擇是否開啟控制泵，如果開啟控制泵，那么控制油的壓力最小不低于4.5 bar，先導閥的T口壓力不得高于210 bar。再通過測試系統軟件控制被試閥先導閥的電磁鐵通電和斷電，連續動作10次以上，同時采集分析被試閥P口、A口、B口、T口的壓力變化，從而自動判斷被試閥換向和復位是否正常，操作人員也需要檢查被試閥換向過程中是否存在異響或異常振動現象。

3.5 泄漏測試

為了檢測閥體和閥芯的配合精度是否滿足要求，需要對被試閥進行泄漏測試。被試閥的中位和工作位都要求進行測試，首先根據被試閥的形式給被試閥的P口或工作口（A口或B口）施加額定工作壓力或規定的測試壓力，然后根據被試閥不同的機能和結構，分別從A口、B口、T口測量被試閥在不同位置時的內泄漏量。在測量內泄漏前，被試閥需連續進行換向動作10次以上，并將管路中的油液排出，穩定后再進行內泄漏量測量。

4 計算機輔助測試（CAT）系統

試驗臺計算機輔助測試系統結構組成如圖3所示，在測試系統中，壓力、流量等試驗數據通過數據采集卡傳輸到計算機后，經過測試軟件處理分析后輸出測試結果。

▲圖3 測試系統結構組成圖

▲圖4 閥1換向性能測試壓力曲線圖（不正常）

▲圖5 閥2換向性能測試壓力曲線圖（正常）

測試系統軟件采用美國國家儀器公司的產品LabVIEW 11.0，按軟件編寫規范編寫，LabVIEW是基于圖形化編程的語言，具有高效、靈活、強大的編程能力及可視化編程環境等特點［3］。軟件通過人機交互界面與用戶進行交流，可分為數據顯示、參數設置和試驗操作等部分，完全可實現全自動測試功能，測試結束后可對試驗數據進行自動保存、打印、查詢［4］等，充分保證了測試的方便性和可靠性。

5 試驗結果分析

在電液換向閥出廠試驗過程中，出現的不正常現象有電磁鐵電流不對、閥換向有沖擊振動、閥無換向動作、泄漏量偏大等。圖4和圖5所示為同一種型號閥換向性能測試時的壓力曲線圖，圖4所示的閥在電磁鐵得電時，閥芯不動作，閥沒有正常換向，圖5所示的閥在電磁鐵得電時，閥芯動作，閥換向正常。現將上述各現象產生的原因和解決方法總結如下。

（1）電磁鐵電流不對、噪聲大。

產生原因：①供電電壓過低或過高；②鐵芯接觸面不平；③鐵芯表面有油污或異物；④分磁環斷裂［5］。

解決方法：①重新調整供電電壓；②更換鐵芯；③清潔鐵芯表面；④更換分磁環。

（2）換向時有沖擊、振動。

產生原因：①閥芯移動速度太快；②電磁鐵的緊固螺釘松動。

解決方法：①調節阻尼器；②加防松墊并擰緊螺釘。

（3）無換向動作或換向時有時無。

產生原因：①閥體內有毛刺；②閥體內有異物，清洗不干凈；③閥體或閥芯加工尺寸有偏差。

解決方法：①去毛刺；②重新清洗；③更換閥芯或閥體。

（4）泄漏量偏大。

產生原因：①閥芯和閥體配合間隙過大；②閥體和閥芯同軸度或形狀度不好。

解決方法：①調整閥體或閥芯加工尺寸；②調整閥體或閥芯的加工精度。

6 結論

本文設計的液壓測試系統能完全滿足電液換向閥的出廠試驗要求，在各項測試項目中，對電液換向閥的綜合性能給出了非常直觀的顯示，并經過實際應用證明測試數據穩定可靠，操作方便；通過對不合格產品的分析總結，可為提高產品的質量提供重要的參考，非常具有實際應用價值。

［1］ 孫成通.液壓傳動［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［2］ 路甬祥.液壓氣動技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［3］ 姚連杰，鄭昌祥，畢偉，等.基于PLC和LabVIEW的液壓式定重裝載監控系統設計［J］.工礦自動化，2012，2（2）:90-92.

［4］ 林靜，林振宇，鄭福仁.LabVIEW虛擬儀器程序設計從入門到精通［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［5］ 王小傳，連理枝.電磁鐵的結構、參數和常見的故障現象［J］.機電工程，2003，20（3）:52-54.