二通插装阀方向控制回路故障的分析与排除

赵静一，刘平国，程 斐，郭 锐

（1.浙江大学 流体与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310000；2.燕山大学 机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）

液压故障是指液压元件或系统丧失了应达到的功能及出现某些问题的情形.故障诊断是从基本工作原理出发，以元件的构造和工作特性为基点，排除设计制造安装缺陷带来的问题，正确判断产生故障的原因，并能预测出未来的运行状态.对发生故障的液压系统进行快速诊断，确定液压设备发生故障的部位及产生故障的性质和原因，并采取相应的措施，确保恢复设备的正常运转，是每个工程技术人员及生产管理者共同关注的问题［1－2］.

二通插装阀具有流通能力大、适用各种介质、易于集成化标准化等特点，如今已广泛应用于冶金、工程机械、船舶及其他领域并取得了良好的经济效益［3］.二通插装阀通过配置不同的先导控制级，灵活多变的组合可以实现方向、压力、流量的多种控制.本文列举一种二通插装阀方向控制回路应用在冲洗泵站中的实例，针对该回路在调试过程中出现的故障进行全面分析，利用故障树的分析方法最终找出故障点并进行解决.

1 二通插装阀结构及工作原理

1.1 二通插装阀的结构

二通插装阀通常由先导元件1、控制盖板2、插入元件3、插装阀体4等部分组成（如图1所示）.先导元件由电磁换向阀和先导控制阀组成，是二通插装阀的控制级，一般是以板式或叠加式连接安装于控制盖板上.控制盖板一方面起固定插入元件的作用，另一方面还是连接插入元件和先导元件的桥梁，与先导元件一起组成二通插装阀的先导控制级.插入元件是二通插装阀的主级或称功率元件，插装在插装阀体内，通过它的开启与关闭及开启量的大小实现对方向、压力和速度的控制.插装阀体用来安装插入元件和控制盖板，加工有插入元件和控制盖板的安装孔及其他的液压油通道［4］.

图1 二通插装阀结构简图Fig.1 Structure diagram of two-way cartridge valve

1.2 二通插装阀的工作原理

插入元件的基本结构如图1，A，B腔为主油路工作腔，C腔为控制腔.设A，B，C腔的压力及作用面积分别为pA，pB，pC和AA，AB，AC（其中AC＝AA＋AB），设弹簧作用力为FX，液流的稳态液动力为FY.插入元件的工作状态是由作用在阀芯上合力的大小和方向来决定，当忽略阀芯的重力及阀芯与阀套之间的摩擦力作用时，阀芯所受的合力为

由式（1）可知当取与阀芯开启方向相同的力为正值，相反的力为负值时，当合力为正，即∑F＞0，阀芯开启；当合力为负，即∑F＜0，阀芯关闭；当∑F＝0，阀芯处于平衡状态.根据以上工作原理可以看出二通插装阀具有换向阀和单向阀的机能，能实现方向控制；设定控制腔的压力，能实现压力控制的功能；在控制腔设置行程调节装置，对阀芯的开口大小进行控制，从而又能实现对流量的控制.从以上可以得出二通插装阀能通过不同的先导级实现不同的功能，具有多机能的特点［5］.

2 二通插装阀方向控制回路的故障分析与排除

液压系统是否能够达到预期的效果，实现想要的动作，设计、制造、安装与调试环环相扣，尤其是在调试阶段，对现场出现的故障进行分析与排除不仅关系到整个系统能否正常运行，而且能够直接检测出系统在设计、制造、安装阶段存在的问题.

液压管路冲洗泵站是液压系统安装过程中的重要装备之一，能够循环对液压管路进行冲洗，使管路达到系统所要求的清洁度等级.它主要由液压泵、电机、主控制阀块、换向控制阀块、冲洗过渡阀块等部分组成.本文主要分析冲洗泵站中二通插装阀方向控制回路在调试过程中出现的故障，并进行诊断与排除.

泵站开始调试时冲洗工作油口流量小、流速慢，压力建立不起来，经测试换向控制阀块进油口P口的进油流量基本上与泵的额定流量相符，说明换向控制阀块之前的油路没有故障，综合分析后把故障确定在换向控制阀块上.换向控制阀块液压原理图如图2所示.

图2 换向控制阀块液压原理图Fig.2 Schematic diagram of reversing valves piece of hydraulic

2.1 两油口都有油液，流量一大一小，均达不到正常的流量

从图2可知换向控制阀块由二通插装阀、电磁换向阀、高压球阀、过滤器等组成，其中二通插装阀的控制盖板有WEA型和WEB型两种.WEA表示常闭型，即P口与插装阀C腔常通，从而保持阀芯常闭；WEB表示常开型，即插装阀C腔与回油Y口常通，从而保持阀芯常开.换向控制阀块是通过两种类型的控制盖板结合电磁换向阀的得电与失电进而实现对管路进行换向冲洗.

根据出现的故障现象首先对各元件依次进行安装检查，发现控制盖板7和8的位置安装反了（如图3所示）.对图2进行分析可知当控制盖板7和8位置调换时，控制盖板7由常闭型变成常开型，而控制盖板8由常开型变成常闭型，当DT1—DT4失电时油液能通过插装阀3到油口1，同时能通过插装阀2经过高压球阀15、过滤器16到回油口T；当DT1—DT4得电时油液能通过插装阀4到油口2，同时能通过插装阀1经过高压球阀15、过滤器16到回油T，从而就使得油液大部分都流回油箱.

2.2 两油口出油紊乱且流量较小，不能正常换向

调换两个控制盖板的位置后，发现两油口油液流量紊乱而且流量仍然比较小，而且换向不正常，大部分油液仍然回油箱.检测换向控制阀块里油路正常并且过滤器和球阀都正常，电磁换向阀也能正常进行换向动作，从而判断故障出现在二通插装阀组，通过对换向控制阀块液压原理进行分析并结合现场试验，对各个插装阀进行检测，具体故障树如图4所示.当DT3，DT4得电，DT1，DT2失电时，观察到油口1、T口有油液，油口2没有油液；当DT2，DT3，DT4得电，DT1失电时，观察到油口1有油液，T口、油口2没有油液，则证明插装阀2正常.当DT2，DT3，DT4得电，DT1失电时，观察到油口1有油液，油口2、T口没有油液；当DT2，DT3都得电，DT1，DT4失电，观察到油口1、油口2有油液，T口没有油液；则证明插装阀4正常.当DT4得电，DT1，DT2，DT3失电时，观察到油口1、T口有油液，油口2没有油液；当DT1，DT3失电，DT2，DT4得电时，观察到油口1有油液，油口2、T口没有油液，则证明插装阀3出现故障.当DT2，DT3得电，DT1，DT4失电时，观察到油口1、油口2有油液，T口没有油液；当DT1，DT2，DT3得电，DT4失电时，观察到油口1、油口2、T口有油液，则证明插装阀1正常.

图3 控制盖板安装示意图Fig.3 Examples for installation of control cover

由图4，最终确定故障点是在插入元件3，通过对插入元件3进行试验台检测阀本身合格，把插入元件3安装到插入元件1的位置上，按照判断插入元件1的步骤对阀进行试验，同样得出插入元件3本身没有故障.再结合安装时发现插入元件3安装比较困难，阀座很难安装到换向控制阀块的阀座孔内，从而判断是阀块的阀座孔加工问题.

图4 故障树分析图Fig.4 Chart of fault tree analysis

2.3 故障解决

通过前面的分析，对3号阀座孔进行精确测量，发现其中安装插入元件孔的加工深度为57.6mm，标准要求为（58±0.2）mm，比最小规定深度少0.2mm，安装示意图如图5a所示.由于3号阀座孔深度未达到安装要求，在4个螺栓扭矩的作用下通过控制盖板压在插入元件的阀套上，使阀套产生变形，变形后的阀套与阀芯间相对运动的摩擦力增大，进而影响阀芯的控制状态，产生阀芯开口的紊乱.严格按照GBT2877—2007中对主油口公称通径为25mm的方形盖板插装阀所规定的尺寸要求，对插装孔进行二次改进加工，最终故障得到解决，冲洗泵站能进行正常的换向冲洗.3号阀座孔二次加工后安装示意图如图5b所示.

3 结语

针对某冲洗泵站一种二通插装阀方向控制回路在调试中出现的故障，在分析了二通插装阀的工作原理基础上，结合现场试验检测，应用液压回路故障树的分析方法对故障进行分析并找出故障点：插装阀体加工尺寸误差过大，属于典型的液压系统制造阶段遗留的故障，通过严格的二次精加工解决了故障，使泵站能够正常工作.通过对该二通插装阀方向控制回路故障的解决方法能对类似的插装阀系统故障的诊断与排除起到很好的借鉴作用.

图5 精加工前后安装示意图Fig.5 Examples for installation of finish machining

［1］李壮云.液压元件与系统 ［M］.北京：机械工业出版社，2005.

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［2］赵静一，曾辉，李侃.液压气动系统常见故障分析与处理［M］.北京：化学工业出版社，2009.

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［3］安向东，乔雪涛.液压故障诊断系统的开发 ［J］.机床与液压，2010，38（9）：96－97.

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［4］于良振，王正磊.二通插装阀的拆卸与装配 ［J］.液压气动与密封，2009（2）：72－74.

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［5］钱欣，季宏斌.二通插装阀的工作原理与故障排除 ［J］.中国棉花加工，2004（3）：21－23.

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