液壓機液壓故障診斷維修（二）

    某廠進口的HPM. 200L壓機、國產100t四柱整形壓機都出現了類似故障：正常壓制一段時間以后，油液溫度升高，系統壓力急劇下降。經仔細檢查都是電磁溢流閥引起的。

(1)結構分析

    電磁溢流閥組件主要是由壓力閥插件、先導調壓閥、電磁閥換向閥組成（有的還攜帶緩沖閥），如圖V(a)所示。這種形式的電磁溢流閥在液壓系統中應用非常普遍，它主要控制系統的加載與卸載，下面就它的開啟過程進行分析。

    ①當壓力閥插件A口通壓力油時，此壓力油除直接作用于主閥芯下腔外，還通過阻尼孔R1、R2進入控制腔C和先導調壓閥2的進油口，當p_A低于先導調壓閥的設定壓力(p₁)時，有p_A=p_V=p_C，無液流產生，由于此時壓力閥主閥芯上、下兩腔的壓力相等，且對于壓力閥插件而言，上腔（C腔）的作用面積S_C大于或等于下腔（A腔）的作用面積S_A，再加上彈簧力F作用，則有(p_CS_C+F》p_AS_A，p_C =p_A，S_A≤S_C，主閥芯可靠關閉。

    ②當p_A繼續增高，且p_A>p₁時，先導調壓閥開啟，進口壓力油經R₁支路至先導調壓閥回油箱，此時由于阻尼孔R₁的阻尼作用，即阻尼孔前后出現壓差(p_A -pV)，有p_A>p_V，而此瞬時因R₂無液流產生，所以有p_V=p_C =p₁；p_A繼續增高，當壓差（p_A - p_v）足夠大時，因壓差形成的向上的液壓力大于彈簧力F，（p_AS_A -p_cS_c）>F，壓力閥插件主閥芯上移，主閥閥口開啟，電磁溢流閥開始起溢流作用，在此開啟過程中，因R₂的阻尼作用，有p_C>p_V =p₁，當壓力閥插件主閥芯開度一定時，先導調壓閥芯、主閥芯分別處于壓力平衡狀態，此時有p_V -p_C =p₁，在壓力平衡狀態下的穩態方程如下：

    主閥芯流量

                    q=C_dπDY(2/ρp_A )^1/2                         (1-1)

    主閥芯平衡方程

                  p_AS_A =p₁S_C+K(Y₀+Y)+C_KπDY(sin2β) p_A               (1-2)

    先導調壓閥流量

                    q₁=Q_R1=(πφ⁴ /128μl)(p_A-p₁)                  (1-3)

式中  C_d——主閥流量系數；

       D——主閥芯直徑；

       K——主閥彈簧剛度；

      C_K——主閥流量參數(CK =CdCy)；

      C_V——速度系數；

      Y₀——主閥預壓縮量；

       Y——主閥開口長度；

      β——主閥芯半錐角；

       q——主閥芯閥口流量；

      q₁——先導調壓閥流量等于R1的流量qRI；

      μ——油液黏度；

   l，φ——阻尼孔R1長度和直徑。

    這就是整個電磁溢流閥的開啟過程，顯然先導調壓閥的設定壓力值p₁決定p_A。

(2)故障分析

這是電磁溢流閥的正常開啟過程。實際上由于長期使用，電磁換向閥的閥芯與閥體的配合間隙增大，其泄漏量也增大，尤其是電磁換向閥采用的滑閥式換向控制方式，其閥芯封油長度短，閥芯直徑小，更增大了電磁換向閥泄漏量對油壓及溫度的敏感度。對于零開口滑閥，其泄漏量計算公式：q_X=(πWC³_r/32μ)P_V。可知電磁換向閥泄漏量q_X正比于閥芯、閥體的徑向間隙C_r的三次方，可見潤滑對其密封間隙的要求是相當高的，C_r的微量增加導致泄漏量的急劇增大，另外溫升T也導致了泄漏量的增大，因為黏度系數∥線性反比于溫升，為了便于分析，將關閉狀態的電磁換向閥視作一個阻尼R₃，此阻尼R₃值與C³_r成反比，與油液黏度μ成正比，W為閥芯面積梯度，如圖V(b)所示。

    顯然，R₁與R₃是串聯的(R₁、R₂、R₃為液阻)，電磁溢流閥組件正常關閉狀態時：

R₁=常量，R₂=常量。

    R₁的流量：

                   q_R1=(πφ⁴/128μl)(p_A-p_V)                      (1-4)

    電磁換向閥泄漏量：

                      q_X=(πWC³_r/32μ)p_V                          (1-5)

                           q_R1=q_X                                (1-6)

    由上述3個公式及圖V可推導出如下關系。

    若R3增大（實為C_r與μ變化），因R₁與R₃是串聯的，在同等工況下（p_A值相同），則流量q_X (q_R1)減小，壓差（p_A - p_V）減小，p_V增大，對于整個電磁溢流閥組件而言，這正是所期望的。此時與R3相關的電磁換向閥泄漏量減少，(p_A - p_V)的減小導致壓力閥插件主閥芯難以開啟，R₃增大表明電磁換向閥處于正常的狀態，只有當p_A升至先導調壓閥開啟(p₁)時電磁溢流閥組件才開啟。

若R₃減小（實為C_r與μ變化），因R₁與R₃是串聯的，在同等工況下(p_A值相同)，則q_X (q_R1)增大，壓差(p_A - p_V)增大，p_V減小，對于整個電磁溢流閥組件而言，處于非正常的狀態。取極限狀態：R₃ =0，則先導調壓閥被短路，完全不起作用，電磁溢流閥完全開啟。可見R₃的減小導致了泄漏量的增大，而泄漏量的增大使得壓差也增大，當壓差(p_A - p_V)達到克服彈簧力時，主閥芯微量開啟，而此時的p_A值則沒有達到所要求的開啟壓力。因此，當R₃值的減小達到影響電磁溢流閥的正常工作時，有0<p_A≤p₁。這表明：

在滑閥式液控系統中，因為滑閥的泄漏很小，系統加壓時，由于泵的補償作用，不會產生壓力損失；但在插裝式電磁溢流閥結構中，由于阻尼R₁的反饋作用，泵對滑閥泄漏的補償無法正常實現，反而導致了插裝式電磁溢流閥的不正常開啟。

(3)實例分析

事實上，在現有的插裝閥液壓系統中，出現了很多壓力下降的情形，而且此時泵源壓力(p_P)：0<p_P<p₁。經過仔細檢查后，排除了泵、缸及其他方向流量閥出現故障的可能。下面對100t四柱壓機進行實例分析，如圖W所示。

    為方便起見，截取原液壓圖的一部分，此液壓系統很簡單：在主缸活塞下降時，CT3、CT2、4DT、6DT、5DT通電，主缸活塞快速下行；當接觸到行程開關K₄時，6DT斷電，7DT通電，主缸活塞慢速加壓，并進入整型模具，系統全壓輸出；當接觸到行程開關K₄時，工作到位，CT3、CT2、4DT、7DT、5DT斷電，系統釋壓延時到發信，CT2、CT3、3DT通電，主缸活塞回程。

    但是，在運行一段時間(1～2h)、油溫升高以后，系統壓力只能達到9MPa左右，而要求的整形壓力是16MPa左右，造成主缸活塞中途停下，無法整形到位，系統壓力明顯不足。

    據了解，此設備一直存在壓力不足的問題，不過以前沒有現在明顯。再加上產品數量不多，可以停停歇歇的，一旦產品數量提高，問題就凸顯出來。這說明故障是長期形成的，不是突發故障，由此我們考慮可能是系統泄漏的問題。

    首先考慮到系統壓力是由柱塞泵提供的，齒輪泵只提供流量。在空運行狀態下，先檢測液壓泵，認為有可能是柱塞泵內泄漏嚴重，因為油溫升高也可以導致類似故障。為此，手動操縱電磁閥CT3，發現空運行狀態下，泵源最高壓力也只能達到9MPa左右，而當油溫冷卻后再手動操縱電磁閥CT3，泵源最高壓力卻能達到32MPa左右。因而排除了3DT、4DT所控制的液壓閥產生故障及串腔的可能，由于換泵也無濟于事，也排除了泵的問題。

    其次可能是電磁溢流閥組件有泄漏。經仔細檢查，沒發現明顯的機械故障，并做了壓力閥主閥芯的泄漏實驗，也沒有問題。

    還有可能是集成塊有縫隙。整個拆開后最初沒發現問題，后來經過分析，發現原來是非常隱蔽的電磁換向閥出了問題。

    結論：電磁換向閥的閥芯與閥體配合間隙過大、溫升明顯時，油液黏度降低，使微泄漏增加，導致主閥芯微量開啟。原因找到了，只需更換電磁換向閥即可。這也給我們以啟示：為使先導調壓閥泄漏減少，應盡量采用閥芯與閥體間隙小且配合段長的電磁換向閥。