自潤滑軸承在大型四通換向閥的應用

曹克龍

摘 要：隨大型四通閥作為大型熱泵空調的核心部件之一，在系統里起制冷制熱切換的作用，通過切換制冷制劑流動方向，改變換熱器的換熱方向，達到夏天制冷、冬天制熱的目的，四通閥中活塞容易卡死，維修較為困難。

關鍵詞：四通閥；卡死；維修；難點

目前，活塞流道交叉式大容量四通閥，分析其結構、工作原理，換向時活塞受壓差力偏向閥體一側，使該側受大的摩擦力且在無油情況下干磨，拉毛閥體與活塞配合面，雖然對閥體內部進行注入油脂增加潤滑性，但空調應用環境工況復雜，每個客戶機型設計工況不一致，最終導致活塞卡死情況，使熱泵空調無法正常工作；卡死產品壽命維持在20～5000次不等，無法滿足客戶空調使用周期1萬次要求，長期以來設備維修是一個難題。

1.原因分析

1.1 四通閥在換向時因管理系統壓力，迫使活塞單邊受力；

1.2 活塞與閥體表面無油膜，活塞來回運動時表面摩擦力大，嚴重時會發生拉毛卡死情況；因設計結構定型，難以在結構設計源頭做改善，那么需要考慮在表面摩擦力上做工作。

在不影響客戶使用情況下，優選自潤滑軸承來解決潤滑問題，通過軸承自潤滑性來改善應用工況問題，通過組合應用，消除了外接管路，提高了產品的標準化，同時提升了產品壽命。

2.現狀分析

現有技術工藝。筒體材料：20#鋼；加工工藝：車筒體毛坯內外圓、端面、四接管焊機、筒體部件人工時效（420℃退火處理）、精加工內孔、內圓磨、珩磨。活塞材料：球墨鑄鐵；加工工藝：粗車活塞外圓及端面、活塞淬火、外圓磨。閥體和活塞加工完成后通過配合加工，進行裝配，裝配雙邊間隙尺寸一般控制在0.025～0.06mm范圍內。

在當前大環境下，各空調廠家盡力提升系統能效比，其中系統管理中的油脂對空調能效有直接影響，為此系統廠家想盡辦法減少系統管路中的殘留油量；這樣直接影響四通閥活塞運動過程中所需要的潤滑力；進而造成粘著磨損型研傷和磨粒磨損型研傷問題；促使活塞運動時致使磨擦表面產生劃痕和溝槽，進而造成活塞卡死在閥體內部。

3.改善方案

為了解除粘著磨損型研傷，就要破壞兩種相磨擦材料的互溶性，避免粘著；解除磨粒磨損型研傷，就要增加一種材料的可嵌入性，提高另一種材料的抗嵌入性。分別選用三種自潤滑軸承進行驗證：

3.1碳鋼無油表面涂氟自潤滑軸承

碳鋼無油表面涂氟自潤滑軸承，其特點：無油潤滑或油潤滑，適用于無法加油或較難加油的場合，可以在使用時不保養或少保養；耐磨性能好，摩擦系數小，使用壽長；可在-195度-+280度范圍內使用；無吸水、吸油性，熱脹系數小，散熱性好，尺寸穩定。

缺點，由于表面是涂聚四氟乙烯等材料，活塞在過孔時容易將涂層帶出，自潤滑效果失效。

3.2 固體自潤滑軸承

固體自潤滑軸承，其特點：可長時間在無油潤滑條件下工作；適合于重載低速工況條件，具有很好的耐磨性和極低的磨擦系數；適合于往復、旋轉和間歇運動等油膜難以形成的場合；耐腐蝕和抗化學性，適用于-40度---+300度的溫度范圍。

缺點，由于加工件，與筒體配合加工較難，成本高。

3.3 鋼基金屬襯底復合軸承

鋼基金屬襯底復合軸承，該產品以優質低碳鋼為基體，中間燒結球形青銅層，表面軋制改性聚四氟乙烯（PTFE）和銅的混合物。具有斷油條件下潤滑能力強、耐磨性能好，保持油膜的特點。

4.裝配工藝

鑲襯套工藝如圖1所示。

5. 試驗驗證及結論

5.1 試驗驗證情況如表1所示

5.2 試驗結論

試驗結論：以上每組產品經耐久性后仍可正常換向，且綜合性能變化很小，復合標準及客戶需求。壽命試驗后內部磨損效果見圖2、圖3所示。

結束語

通過將自潤滑軸承在四通閥中的應用，有效解決四通閥換向時閥體與活塞干磨引起劃傷而造成四通閥換向卡死問題，大大降低大容量四通閥客戶品質反饋，可直接節省市場維護費用20萬元/年，有利于爭奪同類產品市場，提高品牌形象和行業競爭力。