液压控制阀的故障分析与维护--1

                       攀钢液压中心  曾保国
1.引言

1.1液压传动系统的组成

     液压传动是以液体为工作介质，通过能量转换来实行执行机构所需运动的一种传动方式。首先，液压泵将电动机（或其它原动机）的机械能转换为液体的压力能，然后通过液压缸（或液压马达）将以液体的压力能再转化为机械能带动负载运动。

     为了实现液体在液压传动系统中的流动，在液压泵和液压缸(或液压马达）之间用管道（或其它方式）连接；同时为了实现执行机构所需要的运动，在系统中，装置有各种控制液压阀及其它辅助设备。因此，液压传动系统通常由以下五部分组成。

（1）.动力装置部分。其作用是将电动机（或其它原动机）提供的机械能转换为液体的压力能。简单地说，就是向系统提供压力油的装置。如各类液压泵。

（2）.控制调节装置部分。包括压力、流量、方向控制阀，是用以控制和调节液压系统中液流的压力、流量和流动方向，以满足工作部件所需力（或力矩）、速度（或转速）和运动方向（或运动循环）的要求。

（3）.执行机构部分。其作用是将液体的压力能转化为机械能以带动工作部件运动。包括液压缸和液压马达。

（4）.自动控制部分。主要是指电气控制装置。

（5）.辅助装置部分。除上述四大部分以外的油箱、油管、集成块、滤油器、蓄能器、压力表、加热器、冷却器等等。它们对于保证液压系统工作的可靠性和稳定性是不可缺少的，具有重要的作用。

此外，液压传动系统还包括液态的传动介质。

1.2.液压控制阀的分类

    液压控制阀是液压传动系统中的控制调节元件，它控制油液的流动的方向、压力、流量以满足执行元件所需要的压力、方向和速度的要求，从而使执行机构带动负载实现预定的动作。

根据液压阀在液压系统中所起的作用不同，可分为四大类。

（1）.压力控制阀（简称压力阀）。是用来控制液压系统中的压力以满足执行元件所需力(或力矩)的要求。包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。

（2）.方向控制阀（简称方向阀）。是用来控制液压系统中油液的方向，以满足执行元件运动方向的要求。包括单向阀、换向阀等。

(3）.流量控制阀（简称流量阀）。是用来控制液压系统中的流量，以满足执行元件运动速度的要求。包括节流阀、调速阀等。

（4）.复合阀（也称多元阀）。是用来控制液压系统中的方向、压力、流量三个参数的两个或全部。例如，单向减压阀，既能控制油液的方向，同时还控制油液的压力。

   另外，根据控制方式的不同，控制阀也可分为：手动控制阀（简称手动阀）、电磁铁控制式阀（简称电磁阀）、液体动力控制式阀（简称液动阀）、比例控制式阀（简称比例阀）、伺服控制式阀（简称伺服阀）。

1.3 液压阀的性能要求

   在液压系统中，对液压阀的性能要求，主要有以下几点。

（1）.动作灵敏、使用可靠，工作时冲击和振动要小，使用寿命长。

（2）.油液流过液压时压力损失要小，密封性能要好，内泄漏要小，无外渗漏。

（3）结构紧凑，安装、维护、调整方便，通用性好。

2.诊断液压系统中故障元件的方法

    目前，液压系统故障诊断的方法，虽然从传统的拆检感官直接诊断进入充分利用近代检测诊断技术的阶段；但由于受诊断理论和诊断仪器设备的限制，目前多数还是以经验诊断和分析诊断为主。将觉检辩证诊断、逻辑诊断、功能跟踪筛检诊断与过渡特性法诊断结合起来的综合诊断方法，已构成了一种在液压系统运动过程中极少断开液压系统而定性地判断液压故障的主要手段。其查找液压系统故障准确率可达90%以上。

    液压系统故障，据统计85%以上是系统中某个元件的故障所造成的，因此液太系统的故障诊断，主要的任务就是要找出故障元件。图 1 为找出故障元件的检查步骤。

对图1说明如下：

第一步：液压系统故障可以分解为流量方面的故障、压力方面的故障、方向方面的故障、一般机械方面的故障和电气方面故障五个方面。

第二步：审核液压系统原理图及安装布置图。了解液压系统的使用年限、使用环境、保养情况、以前维修情况等内容，并检查每个液压元件，确认其性能和作用，初步评定其质量情况。

第三步：列出与故障相关的元件清单，进行逐个分析。进行这一步时，一要充分利用判断力，二要注意绝不可遗漏对故障有重大影响的元件。

第四步：对清单所列元件按以往的经验及元件检查的难易排列次序。必要时，列出重点检查的元件和元件的重点检查部位。同时准备测量器具等。

第五步：对清单中列出的重点检查元件进行初检。初检应判断以下一些问题，元件的使用和装配是否合适；元件的测量装置、仪器和测试方法是否合适；元件的外部信号是否合适；对外部信号是否响应等。特别注意某些元件的故障先兆，如温度过高、噪声、振动和外泄漏等。

第六步：如果初检未能准确查出故障，就要用专门的检测试验设备、仪器进行检查。

第七步：对发生故障的元件进行修理或者更换。

第八步：在重新启动系统前，必须先认真考虑一下这次故障的原因和结果。例如，故障是由于污染和油液温度过高引起的，则应预料到另外的元件也有出现故障的可能性，并应对隐患采取相应的补救措施。又如，由于铁屑进入泵内引起泵的故障，在换新泵之前应对系统进行彻底清洗。

3.常用液压控制阀的故障分析与处理

    液压阀的故障，很多是与其结构和工作原理有关的。液压阀的种类很多，这理仅就几种常见控制阀的故障举例分析之。

3.1.溢流阀常见故障分析与处理

   (以电磁溢流阀为例）电磁溢流阀可作为压力调节阀来调节系统压力；亦可作为安全阀，当系统压力超过调定值时，起安全保护作用；还可作为卸荷阀用，断电卸荷。

3.1.1故障现象

     现有一台电磁溢流阀，其额定压力为31.5MPa，断电时，卸荷正常；通电时，调节其调压手柄，最高只能调到20MPa。（如图2所示）。

3.1.2。故障原因

（1）.溢流阀2本身的设定值变化了，即溢流阀的调节装置出现问题。

（2）.溢流阀2中的电磁换向阀的阀芯卡住。通电后，电磁力不能使阀芯换向到位，使阀口有微小开度。

（3）.溢流阀2的先导阀的锥阀芯不良。

（4）.溢流阀中的电磁换向阀的阀芯磨损严重，内部泄漏加剧。

（5）.主阀故障。

3.1.3.故障分析与处理

A。对于第（1）种原因造成的故障：主要是由于溢流阀2的先导阀弹簧老化、变软或变形或断裂，从而使得在压力较低（20MPa,未达到额定压力）时，作用在先导阀锥阀芯上的作用力就克服了弹簧力，使锥阀芯打开，从而使主阀芯打开某一开度，实现溢流，故压力再无法上升。

处理方法：拆开检查，更换合适的调压弹簧。

B.对于第（2）种原因造成的故障：由于溢流阀2中的电磁换向阀的油口是与溢流阀的远程控制口相通的。当电磁换向阀得电时，如果不能完全换向到位，阀口有微小开度的话，导致主阀上腔压力过低，主阀阀芯受较低压力（20MPa)在先导阀没有开启的情况下，主阀芯开启，结果压力就不能调到额定压力。

处理办法：拆开检查，清洗，修磨电磁阀阀芯。

C.对于第（3）种原因造成的故障：先导阀锥阀密封配合表面，由于磨损、损伤等导致先导阀不能完全闭合，造成密封不严；或由于先导阀密封配合表面粘附有污染物，使阀口密封面不能完全闭合(其阀口开度很小，通常只有0.03—0.06mm，一旦粘附有污染物就可能使锥阀不能闭合，从而使溢流阀调不到额定压力)。

处理方法：(a).拆开检查，修磨锥阀芯密封表面。损伤严重时，应换用新的合格零件。(b).拆开清洗并检查液压油被污染程度，根据情况过滤油液或换油。

D.对于第(4)种原因造成的故障：由于溢流阀中的换向阀内泄漏，使溢流阀的远程控制口总有部分油液流回油箱。于是，溢流阀的控制腔内油液压力达不到推动先导阀时的压力值（额定压力）就使主阀阀口打开溢流；溢流阀是在低于先导阀的调定压力下开始溢流的，所以压力上不去。

处理办法：拆开检查，清洗液压元件和系统，消除引起液压元件不正常磨损的因素，再更换新的换向阀b。

E.对于第(5)种原因造成的故障：主要是由于主阀芯有一定的开度后，因毛刺、污染物卡住不能复位。（如果是三级同心式溢流阀，如图3。因装配不同心，使阀芯不能完全复位。从而使主阀芯总处于一定的溢流状态，压力无法继续上升达到额定压力。）

处理办法：拆开检查，清洗、修整阀芯与阀孔。必要时检查油液污染度，过滤或更换油液，装配时注意保持阀芯与阀孔的同心度。

3.2.减压阀常见故障分析与处理

    减压阀是利用其出口处压力作为控制信号，自动调节主阀阀口开度H，从而改变液流阻力来保证出口压力基本恒定的。减压阀工作时，进口压力P1变化（必须大于减压的调节压力），减压的出口压力P2经过减压口的自动调节作用后，仍能基本保持不变。同理，当进口压力P1不变，而减压阀出口压力P2所带的负载压力大于减压的调定压力时，经过减压口的自动调节作用后，使出口压力P2也基本稳定在调定值上。减压阀的结构原理及图形图号如图4所示。

3.2.1第一种故障现象：工作压力（出口压力P2）不稳定，产生无规律性的变化。

原因（1）——液压油被污染，主阀芯中阻尼小孔有时被局部堵塞，有时又通畅，造成通过小孔的流量不稳定，导致先导阀阀芯时闭时合，处于一种动态状态下。从而使得主阀芯在振动，阀芯开度在频繁变化。这样就使得压力不稳定。

处理方法：拆开清洗，使小孔通畅。必要时过滤油液或换用新油。

原因（2）——由于减压阀的泄漏油为外泄，即控制油推开先导阀锥阀后，单独回油箱；当泄漏油路背压变化（波动），将直接影响推动锥阀的压力油的压力，从而使主阀上腔压力波动而引起出油口压力P2不稳定。

处理办法：将减压阀的泄漏油单独接回油箱，不与其他回油路共用管道，以免其他油路对它干扰影响；排除泄漏油产生背压的因素。

原因（3）——调压弹簧弯曲变形或弹簧端面与轴线垂直度误差超差（正常情况下为0.2mm)，引起先导阀阀芯与阀座接触不良，在阀口处沿圆周的流速相差很大，产生不稳定的径向力，使先导阀阀芯产生高频振荡，引起噪音和压力不稳定。

处理方法：拆开清洗，修磨配合表面，更换调压弹簧。

3.2.2第二种故障现象：调压失灵，或者最低调整压力值升高。

原因（1）——主阀阀芯中阻尼小孔被堵死，减压阀的控制油不能进入先导阀，减压阀变成无法调节的直动式。因主阀弹簧相对较软而主阀面积较大，在很低压力下，就将主阀推起，使阀口变小；进口压力油经过较小的节流孔，节流损失很大，从而出口压力很低，达不到原调定值，也无法调整压力。当阻尼小孔没有完全被堵死，但局部堵塞时，通流面积变小，阻尼孔液阻增大，要达到原来先导阀的调定压力值，需要使出口压力值升高，同时也使整个调压范围向上移动，最低调整压力值升高。

处理方法：拆开清洗主阀，使阻尼孔畅通。检查油液污染程度，必要时过滤油液或换用新油。

原因（2）——当进口压力P1较低，达不到出口压力P2的调定压力时，将出现调压失灵，P2值不稳定。因为此时，控制油的压力还不足以推开先导阀，主阀阀芯始终处于全开状态，也就是说减压阀还没有开始开作；P2的压力随着P1的变化而变化，直到P2的压力等于或大于调定压力时，减压阀开始工作，出口压力才能稳定，调节压力才起作用。

处理办法：使进口压力P1超过出口调定压力P2在0.7～1MPa以上。

原因（3）——外泄漏路被堵塞，先导阀被闭死，主阀阻尼孔无油液通过，主阀上下腔没有压差，主阀阀芯被复位弹簧推至最下端，主阀阀口全开，丧失减压作用，导至调压失灵。

    处理方法：观察外泄漏油口的泄漏流量是否过少或断流。如有问题，应检查泄漏油路是否堵塞，使之畅通。

原因（4）——对于单向减压阀，如图 5.其单向阀因磨损或污染粘附使单向阀芯卡住，不能完全闭合，造成进油口与出油口间的实际通路加大；从而不能产生一定的压力差值，导至调压失灵。

处理办法：拆开检查，清洗、修磨单向阀芯与阀座，或更换合格零件。

原因（5）——主阀阀芯卡住或动作不良，导致不能自动准确调节阀口开度，导致调压失灵。