Fishburne 液压系统中的压头故障分析及解决方法

官振江，李智勇，刘 文

（红塔集团玉溪卷烟厂，云南 玉溪 653100）

0 引 言

液压式预压机主要用于打叶复烤生产线上的预压工序，将经过复烤后的松散烟片，在计量后压成一定尺寸规格的烟坯，便于成品烟片的包装、运输。液压系统是预压机工作的核心部分，该系统主要由油箱、液压泵组、控制阀组、执行油缸、管线、过滤系统、冷却系统和电控系统等部分组成。电控系统的信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。

1 故障现象

某车间使用的打包主压头在自动模式下作业，主压头在快速下落工作过程中出现主压头中途停止下降、悬停于半空的故障。故障出现后，手动操作控制杆，压头正常下降[1]。

2 液压故障分析

由于液压系统作业时Ⅰ号、Ⅱ号主油缸并联使用同一套液压回路，Ⅰ号发生主压头半空悬停的故障，而Ⅱ号并没有发生主压头半空悬停的故障，说明在公共油路部分（调压系统）是没有故障的，结合液压系统和Ⅰ号主油缸的控制部分暨主油缸电磁阀得电顺序表（表1）和主油缸控制原理图（图1），压头的一个工作循环由快下、快压、慢压、保压、慢上、快上和复位7 个动作来完成。

表1 Ⅰ号主油缸得电顺序表

结合主油缸控制原理图(图1)和电磁阀得电顺序表(表1)，经过现场检测：PLC 控制程序正常、SV8正常得电、D20 阀芯正常打开、D11 阀芯开启正常。对主压头快速向下的过程进行油路分析，Fishburne液压系统采用差动连接（图2），即把主油缸的进油和回油连接在一起，把油缸的有杆腔油液压回流到无杆腔，以增加主油缸往外伸出的速度，差动连接，上腔产生的推力F1=AP，下腔产生的抗力F2=BP,显然，F1>F2，压实力F=F1-F2=(A-B)P，即压头上产生的力为压力作用在活塞杆面积上的力。在主压头快速下压过程中，无杆腔采用副油箱快速补油。主压头下腔油液通过单向节流阀（图1）回流到上腔，当油液无法正常通过单向节流阀时，下腔即被堵死，无法回油，从而造成主油缸在快速下落过程中无法下降，当手动操作时，泵加载，单向节流阀阀芯前后压差改变，单向节流阀受油液压力反向导通，油液顺利回到上腔，主压头继续下降。调节单向节流阀内六角使阀型轴向移动，故障解决[2]。

图2 液压缸差动连接示意图

3 维修方法

3.1 对单向节流阀进行拆卸分析，查找故障原因

单向节流阀由阀体、阀芯、弹簧、调节内六角等组成（图3）。调节内六角可驱动阀芯相对阀体移动，使三角槽式节流口的通流截面改变，从而改变通过节流阀的液流流量，此处使用的单向节流阀阀芯采用三角槽式结构。在结构上，节流阀的阀芯上开有中心小孔(图4)，使阀芯的两端所受的液压力相平衡，调节内六角可以方便的对阀芯进行轴向调节。阀芯上所开的三角形节流阀口采用倒三角结构，拆开后发现有异物堵塞三角槽。

图3 单向节流阀结构

图4 阀芯开有三角槽和小孔

3.2 对阀芯的节流口进行受力分析

在快速下落的过程中，主压头靠自重下降，上腔由副油箱进行大流量补油，由于是差动连接，主压头下腔油液也通过单向阀的三角槽回流到上腔（图5），当三角槽被异物堵塞时，油液被截止，液压缸停止下行，当液压泵进行加载时，阀芯反向受力，阀芯打开，主压头继续下降。

图5 油液经过三角槽示意图

从节流阀节流口压力特性（图6）和流量公式：Q=KAΔpm（式中：K 为流系数；A 为阀口通流面积；Δp 为阀口前、后压差；m 为节流口形状和结构决定的指数，0.5＜m＜l），阀口前、后压差Δp 和阀口通流面积A 对节流口流量有决定影响。在薄壁节流孔中m=0.5，（流体力学推导证明过的公式，直接套用）,油液流量在经过薄壁小孔时也可以表达为和Cq为流量系数，ρ 是油液密度，Q 是油液流量，节流口的结构、形状、压力差、油温都对Cd有影响。所以在前后压差改变后，节流口流量会随之改变。当调节阀芯时阀芯轴向移动，即改变开口量h，从而改变阀口通流面积。

图6 节流口的流量—压力特性

在实际工作中，阀芯调节时应该注意三角槽应当调节在露出一半的位置（图7），当调节不当，三角槽被阀体全部堵塞时（图8），节流不起作用，油液只能单向进入主压头下腔不能回，主压头只会上升，不会下降，当阀芯被内六角全部推开时（图9），此阀相当于一个直通阀，无单向节流效果[3]。

图7 三角槽露出一半

图8 阀芯全部露出

图9 三角槽未露出

4 结 果

在清理完阻塞物并正确地调节阀芯后，启动试机，压头运行正常，连续运行后，未出现此故障。主压头单向节流阀是液压系统中重要的阀件，节流阀流量稳定性对小流量的控制十分重要，影响节流阀流量的因素有：（1）压差对流量的影响，节流阀两端压差变化时，通过它的流量也发生变化。（2）温度对流量的影响，油温影响到油液黏度，对于细长小孔，油温变化时，流量会随之改变，薄壁小孔黏度对流量几乎没有影响，故油温变化时，流量基本不变。（3）节流口的堵塞，节流阀的节流口可能因油液中的杂质或油液氧化后析出的角质等局部堵塞，这样就改变了原来节流口同流面积的大小，使流量发生变化，尤其是当开口较小时，这一影响更为突出，严重时会完全堵塞而出现断流现象，此案例即是这种现象[4]。

5 结 语

液压系统中有75%的故障是由于系统中阻尼孔被堵塞造成的，产生堵塞的主要原因有：（1）油液的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、炭渣等污物堆积在节流缝隙处。(2)由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而截留缝隙的金属表面上存在电位差，故极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，吸附层厚度一般为5～8 μm。因而影响了节流缝隙的大小。当堆积物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动。(3)阀口压差较大时，因阀口温度升高，液体受挤压的程度增强，金属表面也更易受摩擦作用而形成电位差，因此压差大时容易产生堵塞现象[5]。

减轻堵塞现象的措施有：（1）选择半径大的薄刃节流口；（2）精密过滤并定期更换液压油；（3）合理选择节流口前后的压差；（4）采用电位差较小的金属材料，选用抗氧化稳定性好的油液、减小节流口的表面粗糙度等，都有助于缓解堵塞的产生。