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關(guān)鍵詞： 二通插裝閥； 換輥裝置； 故障分析； 優(yōu)化
某萬(wàn)能軋機(jī)換輥裝置， 其橫移由一只液壓缸推動(dòng)， 裝置需要在Ａ、Ｂ 兩個(gè)換輥位置作較長(zhǎng)時(shí)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(guān)檢測(cè)。
1、原設(shè)計(jì)液壓控制回路
原設(shè)計(jì)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(dòng)作速度要求， 同時(shí)， 在比例閥Ｂ 位采用了特殊閥口形式， 以實(shí)現(xiàn)液壓缸伸出的差動(dòng)控制， 達(dá)到節(jié)能目的； 在比例閥與油缸之間設(shè)置液控單向閥， 以實(shí)現(xiàn)停位時(shí)位置保持； 針對(duì)液壓缸通徑大、速度快、流量較大（無(wú)桿腔達(dá)９６５Ｌ／ｍｉｎ） 的特點(diǎn)， 液控單向閥采用了二通插裝閥形式， 所有元件均為進(jìn)口產(chǎn)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(dǎo)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(nèi)元件組成）。插件２ 主要包括閥套３、閥座４、復(fù)位彈簧５［１］ 。
圖１ 原液壓回路圖
圖２ 二通插裝閥典型結(jié)構(gòu)圖
二通插裝閥的驅(qū)動(dòng)取決于壓力。對(duì)閥的驅(qū)動(dòng)， 有３ 個(gè)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(huán)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(guān)閉方向， 合成力的有效方向（開啟力或關(guān)閉力）決定了二通插裝閥的開關(guān)狀態(tài)［２－３］ 。
合成力公式為：
3、工作原理及故障現(xiàn)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(shí)插件彈簧腔與泄油管路Ｙ 連通。此時(shí)， 如果比例方向閥１ 得到正的指令信號(hào)， 作用于插件２ 的合力ΣF ＞０， 座閥打開， 壓力油由Ａ 到Ｂ 流動(dòng)， 到達(dá)液壓缸無(wú)桿腔， 同時(shí)， 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(fù)的指令信號(hào)， 油流方向相反， 液壓缸縮回。其次， 當(dāng)液壓缸達(dá)到Ａ 或Ｂ 兩個(gè)換輥位置時(shí)， 行程開關(guān)發(fā)訊， 比例電磁鐵得到中位信號(hào)， 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(lián)通， pＡ１和pＡ２ 壓力近似為零， 此時(shí)， 插件受到的合力ΣF ＜０， 油口Ａ無(wú)泄漏關(guān)閉， 理論上， 液壓缸停止運(yùn)動(dòng)并會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持在停止位置。
但在調(diào)試時(shí)， 不能實(shí)現(xiàn)要求的長(zhǎng)時(shí)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(xiàn)緩慢前伸的現(xiàn)象， 并一直持續(xù)。一段時(shí)間后， 平臺(tái)位置超差報(bào)警， 自動(dòng)換輥失敗。
4、故障分析及優(yōu)化
從原理上分析， 此故障現(xiàn)象可能是由液壓缸內(nèi)泄或壓力油進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔而產(chǎn)生。作者采取了以下步驟來(lái)進(jìn)行排查：
首先， 關(guān)閉球閥８， 液壓缸停止運(yùn)動(dòng)， 排除了液壓缸內(nèi)泄原因； 然后， 在液壓缸緩慢前進(jìn)時(shí)， 測(cè)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(shí)進(jìn)入了液壓缸兩腔管道。從圖１ 可知， 有以下幾種可能會(huì)造成此情況： （１） 比例閥未處于中位，壓力油從Ｐ 口進(jìn)入Ａ 口， 通過(guò)插裝閥進(jìn)入液壓缸；（２） 插裝閥蓋板上的梭閥出現(xiàn)故障， 關(guān)閉不嚴(yán)， 控制油Ｘ 由此與插裝閥Ｂ 通道聯(lián)通； （３） 插件的控制腔與Ｂ 通道間存在內(nèi)泄漏。對(duì)于可能性一， 根據(jù)合成力公式（１）， 由于pＸ ＝p， pＢ ＜pＸ ， A３ ＝A１ ＋A２ ， 此時(shí)比例閥即使處于Ｐ 通Ａ 的狀態(tài)， pＡ ＝p， 合力ΣF仍小于０， 插裝閥關(guān)閉， Ａ、Ｂ 通道不能連接。對(duì)于可能性二， 作者將蓋板上Ｘ 口封堵后， 現(xiàn)象仍存在，不成立。對(duì)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(jié)構(gòu)， 存在著內(nèi)泄漏的可能性。經(jīng)咨詢制造商， 其內(nèi)泄量能達(dá)３２ Ｌ／ｍｉｎ， 但廠家的樣本未做任何說(shuō)明， 原設(shè)計(jì)師忽略了這一因素， 從而導(dǎo)致了故障發(fā)生。
原因查出后， 對(duì)原控制回路進(jìn)行優(yōu)化， 如圖３所示。
圖３ 優(yōu)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(lái)的聯(lián)鎖關(guān)系和控制模式不發(fā)生改變，液壓缸停位時(shí)， 插裝閥Ａ、Ｂ 通道無(wú)泄漏關(guān)閉， 液壓缸能長(zhǎng)時(shí)間保持位置， 不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)， 而此時(shí)插裝閥的控制腔壓力油雖然有部分內(nèi)泄到Ｂ 通道， 但通過(guò)比例閥中位機(jī)能， 回到油箱， 對(duì)功能不產(chǎn)生影響。從優(yōu)化后使用效果來(lái)看， 液壓缸實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間位置保持功能， 原故障徹底消除。
5、結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于大流量系統(tǒng)， 二通插裝閥具有降低液阻和壓力損失、提高系統(tǒng)效率、啟閉靈敏等優(yōu)點(diǎn)， 應(yīng)用比較廣泛。但在設(shè)計(jì)時(shí)， 要特別注意規(guī)避插裝閥自身缺陷， 準(zhǔn)確選擇控制油引入方式和壓力油進(jìn)出方向， 防止因內(nèi)部泄漏造成文中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。
參考文獻(xiàn)：
［１］ 高馬達(dá)，李宏偉，楊可森．二通插裝閥工作原理及在鍛壓機(jī)械中的應(yīng)用［Ｊ］．液壓氣動(dòng)與密封，２００２（３）：４５－４６．
［２］ 王慶國(guó)，蘇東海．二通插裝閥控制技術(shù)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，２００１．
［３］ 黃人豪．二通插裝閥控制技術(shù)［Ｍ］．上海：上海實(shí)用科技研究中心，１９８４
