液壓卡緊現象的故障分析

陳治（鹽城生物工程高等職業技術學校，江蘇鹽城224051）

液壓卡緊現象的故障分析

陳治
（鹽城生物工程高等職業技術學校，江蘇鹽城224051）

液壓卡緊是在處理液壓系統問題時經常遇見的問題，有時會引起嚴重的事故，為了提高液壓系統工作的可靠性，針對液壓卡緊故障的產生原因進行了分析并提出了一系列可行的措施。

液壓卡緊；故障分析；措施

0　前言

隨著機械設備使用時間的增長，液壓系統的閥芯容易出現卡緊的故障。一旦出現液壓卡緊故障，輕則影響設備的正常使用，降低設備的使用壽命，重則將造成重大的安全事故。本文結合實際生產中出現的液壓卡緊故障進行了仔細的分析，同時提出了若干條解決該問題的措施。

1　液壓卡緊現象的概念及影響因素

一般而言，液壓卡緊現象是指液體在流經閥芯與閥體之間的縫隙的時候，通過施加在閥芯上的力（徑向不平衡力）而導致閥芯卡住，不能運動的現象。在操作液壓系統進行工作時，假如使用的液壓閥出現了卡緊的故障，若產生的是輕微的力（徑向不平衡力），則會使閥芯在運動過程中阻力變大，導致液壓換向閥換向動作緩慢。如果力過大就會使閥芯被卡住，造成液壓換向閥不能運動。

造成液壓卡緊現象的因素有很多種，比如進口壓力、閥芯材料、雜質和停留時間等等。通過文獻[1]可知，由于高壓時進口閥的閥套會膨脹，所以閥芯的進口壓力越大其卡緊力也越大。在文獻[2]中可知，閥芯材料不同時相同條件下其卡緊力也不同，同時閥芯材料的摩擦系數和閥芯的卡緊力符合一定的函數關系。另外，在1～5分鐘內閥芯的停留時間和卡緊力成正比，當停留時間大于5分鐘時卡緊力趨于穩定。

2　液壓系統卡緊故障原因分析

造成液壓系統出現卡緊故障的原因有很多種，但一般液壓卡緊故障可以分為兩大類，一類是機械原因造成的卡緊故障，另一類是液壓閥原因造成的卡緊故障[3]。下面分別對這兩大類原因進行分析。

2.1機械原因造成的卡緊故障

手動換向閥的閥孔和閥芯在加工過程中存在著一定的直線誤差且閥芯比較長，當進行手動操作換向閥時會產生一定的殘余應力。殘余應力有時會作用在閥芯上使閥芯發生彎曲，從而增大閥芯和閥孔之間的摩擦，同時增大兩者的壓力，阻礙閥芯的運動造成機械卡緊。由于干式電磁閥上電磁鐵的推桿所使用的是動密封，其摩擦系數較大，因閥芯的兩端各有一個中心孔，如果中心孔比推桿尺寸大，推桿放入閥芯的中心孔會傾斜，會使閥芯運動受阻。

閥芯在加工完成后，如果在轉移時閥芯發生碰傷，這時閥芯的局部就會出現凸起。此時，液壓流在凸起部分的作用下會產生很大的壓降，同時也會產生一個力矩，這一力矩會將凸起部分壓向閥孔。設計時會在閥芯上開個環形槽，其目的就是為了減少徑向不平衡壓力。由于環形槽在熱處理前就已經加工出來，所以熱處理后再進行精加工所產生的變形，會使磨削后環形槽深度不同。

對于組合式的多路換向閥而言，造成其產生液壓卡緊問題的主要原因是閥孔變形從而造成機械卡緊使液壓系統無法動作。造成閥孔變形的原因主要有以下幾個因素：第一，結合面的平面誤差；第二，結合面有凸起的磕傷；第三，組合螺栓的預緊力過大[4]。

另外，閥孔和閥芯之間的間隙過小造成摩擦，液壓油中的鐵屑、砂礫等雜質也會造成液壓系統的卡緊現象。在液壓閥的實際安裝過程中，如果螺栓的扭矩設計不合理，同樣會造成閥孔的變形，增大閥孔和閥芯之間的摩擦力造成液壓卡緊。液壓閥的閥芯和閥孔在配合時，如果配合間隙較大，形位公差較大，液壓油在流經間隙時，就會產生徑向不平衡力，致使閥芯轉動變得更加困難。

2.2液壓閥原因造成的卡緊故障

2.2.1徑向不平衡力造成液壓卡緊

徑向不平衡力是造成液壓卡緊最主要的因素之一，此力的產生主要與滑閥副的加工誤差有關。徑向不平衡力的產生主要受兩方面因素影響，首先幾何形狀誤差會產生徑向不平衡力，其次同軸度誤差會產生徑向不平衡力[5]。在高壓情況下，液體流經液壓閥的間隙時，如果錐形縫隙沿著液體流動的方向是越來越大的，那么就會出現所謂的液壓卡緊問題。

（1）如果閥芯和閥孔在加工時都不存在幾何形狀誤差，那么在裝配時，如果閥芯被歪斜放置在閥孔中，或者有雜質進入間隙，致使閥芯在閥孔中的相對位置關系發生變化引起的偏斜等，這種偏斜產生的徑向不平衡力一般都是較大的。

圖1　形位誤差造成的液壓卡緊

（2）如果閥芯在加工時存在誤差形成倒錐時，那么閥芯的軸線和閥孔的軸線雖然會平行但是絕不會重合，即產生偏心。施加在閥芯上的不平衡力會使液壓閥中閥芯與閥孔之間的偏心矩變得越來越大，當二者的表面直接接觸后卡緊現象就會隨之產生。

2.2.2系統工作壓力偏高造成液壓卡緊

液壓系統的工作壓力過高會造成液壓卡緊故障，閥芯和閥孔在壓力的作用下會產生形變從而增加兩者的摩擦，同時造成閥的泄漏增大，液壓油和閥體的溫度升高。在工作壓力較高的情況下，閥芯所處的油溫是高于閥孔所處的油溫的，因此閥芯和閥孔的膨脹程度不一致導致兩者之間的間隙縮小發生卡緊故障。系統工作流量偏大，閥從通到斷、從斷到通或換向時，由于液動力對閥芯有很大的沖擊，使閥芯偏離中心位置，產生液壓卡緊。另外，大部分液壓元件都避免不了內泄漏現象的發生，內泄漏若沒有使用通道或其通道較小，則會導致原件回油不順暢，會使閥芯很難移動。

3　解決液壓卡緊問題的方法

3.1提高液壓系統的機械加工精度和裝配質量

在機械加工過程中，類似閥芯零件所有的中心孔基本是全部加工程序的技術標準，在進行精加工之前要對熱加工的中心孔周圍進行細致打磨修整，以做到最小的形位公差和最好的外表質量。盡量減小熱加工的形變量。細長的閥芯使用20Cr型鋼材，熱加工后的形變小，并且能最長時間內保持閥芯原有的尺寸。

一般以珩磨和研磨方式修復閥孔的精度。大批加工閥孔時，使用金剛石材質的絞刀，以減小形位公差和尺寸誤差。精加工之后要仔細去除毛刺，倒鈍銳邊。銳邊部位不能修圓或倒角，避免影響軸尺寸，以伺服閥上的控制邊為例。應均勻各結合面與連接螺釘之間的緊固力，避免組合式螺栓的預緊力過大。要嚴格遵守配裝工藝規定。實測各配件尺寸及形位公差要根據規定選擇裝配間隙。嚴格把控閥芯與閥孔之間的精度，通常閥芯圓潤度及圓柱度要控制在0.100 3mm內[6]。

3.2減少油液污染和降低溫升

保證液壓系統的清潔度，防止油液被污染。在閥的進口，應按相關準標或廠家要求選用適用的過濾器，保證油液的過濾精度不得低于0.03m m。由于油液和外界不能進行充分熱交換，在溫升較快的系統中，特別是閉式系統，必須裝有高效的冷卻器，對系統進行及時冷卻，以防溫度過高引發液壓卡緊。

3.3使閥芯和閥孔相互振動

采用閥芯和閥孔兩者沿軸向方向相對運動的方式能夠有效地減小閥芯在動作過程中受到的阻力，這種方式在比較精密的液壓系統中受到廣泛的采用。采用閥孔和閥芯相對運動的方式能夠大大降低閥芯受到的摩擦力。在試驗中若兩者相對的運動頻率采用10～90 Hz，振幅為0.1～0.2mm，能夠將閥芯在操縱過程中受到的摩擦力降低為原來的4%～5%左右，另外如果采用電磁偏心運動方式時閥芯和閥孔相對運動效果更好[7]。

3.4在滑閥類閥芯上做環式均壓槽

在實際的使用過程中發現，環形均壓槽能夠很好地消除徑向不平衡力，原理如圖2所示。在圖2中能看出，若不做環式槽，虛線A2和A3所圍成面積，為向上徑向不均衡壓力。做環式槽后，環式槽把p2到p3間壓力化分為幾段，使徑向向上的不均衡壓力為曲線B2和B3所圍成陰影面的面積，因此其能夠很好地改善不平衡力。

圖2　環形均壓槽機構及原理

3.5改進液壓系統的設計

經過上文的分析可知，現有液壓系統中存在一定的設計缺陷，這些缺陷增加了液壓卡緊故障的發生幾率。為了增強液壓系統工作的可靠性，需要對液壓系統進行改進設計。比如可以將閥芯制成倒錐的形狀，小端朝著高壓腔，這樣能夠很好地降低徑向不均衡壓力。另外還可以采用濕式電磁鐵代替干式電磁鐵，其電磁鐵推桿以端面靜密封替代動密封，從而能夠有效地減小閥孔和閥芯之間的摩擦力，閥芯靈活移動降低液壓卡緊故障發生的幾率。

4　結束語

研究液壓卡緊故障的原理及解決措施對提高機械系統的可靠性和保證設備的正常工作具有重要的意義。液壓系統中換向閥的滑閥液壓卡緊問題是共性現象，不只有換向閥存在這樣的問題，其也存在于其他類型液壓控制閥。通過上文的分析可知降低甚至避免液壓卡緊問題的出現，需要從改善相關技術，限制配合的偏心量、間隙和徑向不均衡壓力等這些方面進行著手研究。

［1］江澤欣.液壓傳動系統的故障與修理［M］.北京：電子工業出版社，2011.

［2］章宏甲.金屬切削機床液壓傳動［M］.南京：江蘇科學技術出版社，2009.

［3］陸望龍.使用液壓機械故障與修理大全［M］.長沙：湖南科技出版社，1999.

［4］陳虹微.液壓卡緊的影響因素及診斷和防治［J］.煤礦機電，2005（4）：50-52.

［5］張玉春，王良曦.汽車主動懸掛控制的研究現狀和未來挑戰［J］.控制理論與應用，2012，20（1）：139-145.

［6］李偉.滑閥機構液壓卡緊無傳感器診斷方法研究［J］.中國機械工程，2010（4）：436-438.

［7］陳虹微.液壓卡緊的影響因素及診斷和防治［J］.煤礦機電，2011（4）：50-52.

(編輯：王智圣)

Failure Analysisof Hydraulic Clam ping Phenomenon

CHEN Zhi
（Yancheng Biological Engineering Higher Vocational Technology School，Yancheng224051，China）

Hydraulic clamping is often encountered in dealing with the issue of hydraulic system problems，which can cause a serious accident sometimes.This paper analyzes the causes of hydraulic clamping and proposed a series ofmeasures to improve the reliability of thehydraulic system.

hydraulic clamping；failureanalysis；measure

TH137

A

1009－9492(2015)04－0142－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.038

2014－11－24

陳治，男，1967年生，江蘇阜寧人，大學本科，講師。研究領域：機械、機電。