液压换向阀卡紧故障分析

　　液压换向阀是借助于阀芯与阀体之间的相对运动,使与阀体相连的各油路实现接通、切断,或改变液流方向的阀类。目前,液压系统中广泛使用的各种液压换向阀中,均存在着卡紧现象。换向阀卡紧基本上可分为两种类型:一种是机械卡紧,另一种为液压卡紧。机械卡紧是由于阀芯与阀套间的配合是间隙配合,而液压油中的脏物会楔入此间隙,从而造成阀卡现象。液压卡紧则是由于液体流过此间隙时,由于作用在阀芯四周径向间隙中的压力不均衡,就可能把阀芯压向压力较低的一侧,严重时可使阀芯紧贴阀套以至于卡住,形成阀卡。换向阀轻度卡紧,会使阀芯运动时的摩擦阻力增加,造成动作迟缓,甚至动作错乱的现象;而严重的液压卡紧,使阀芯完全卡住,不能运动,具体可表现为换向阀不能换向,手柄的操作力增大等现象。

　　1　换向阀阀芯结构的力学分析

　　换向阀阀芯在液压系统正常运行中同时受到外加驱动力、液动力、惯性力和摩擦力的作用,而与液压卡紧有直接关系的是摩擦力,摩擦力的大小又取决于阀芯和阀孔的相对位置。

　　当阀芯在液压油膜的作用下,悬浮在阀孔内,此时产生的摩擦力只是液体的黏性摩擦,阀芯运行克服的只是液体介质的剪切力,这个力相对很小。而当阀芯外表面与阀孔的内表面直接接触时,这时会产生边界摩擦或固体摩擦,摩擦力就会很大。

　　通常换向阀的阀芯都采用圆柱滑阀结构,如果阀芯与阀孔都具有理想圆柱面,其中心线相互平行,沿缝隙圆周的任何部位压力均为相同的直线分布规律,压力沿圆周是均布的、平衡的,阀是被液体悬浮的,是不产生卡紧现象的。但在实际加工中,阀芯会存在一定的锥度,且出现偏心时,由于压力在圆周上分布不平衡而产生一个侧向力p,其与阀芯和阀套间摩擦系数相乘就得到液压卡紧力F。

　　卡紧力的大小可用一个综合量来表达,表达式如下:式中δ1为大端半径间隙,δ2为小端半径间隙, t为锥度(t=δ2-δ1),其他参数如图1所示。

　　由此可以得出,当t/δ1=0·9时,卡紧力达到最大值。

　　2　换向阀卡紧故障成因分析

　　2·1　液压卡紧

　　(1)阀芯因加工误差而带有倒锥(锥体大端朝向高压腔),在阀芯与阀孔中心线平行且不重合时,阀芯受到径向不平衡力的作用。使阀芯和阀孔的偏心矩越来越大,直到两者表面接触而发生卡紧现象。

　　阀芯上产生径向不平衡液压力的各种情形,如图所示。图2a为阀芯与阀孔无几何形状误差,轴心线平行但不重合的情况。这种情况下阀芯周围间隙内压力分布是线性的(图2中A1和A2线所示),且各方向相等,因此阀芯上不会产生径向不平衡力。图2b图为阀芯因加工误差而带有倒锥(锥部大端朝向高压腔),阀芯与阀孔轴线平行但不重合,即有偏心。阀芯受到径向不平衡力的作用(图中曲线A1和A2间的阴影部分),使偏心距越来越大,直到阀芯与阀孔接触为止,这时径向不平衡力达到最大值,甚至产生了干摩擦。图2c图为阀芯带有顺锥,阀芯与阀孔轴线平行,并有偏心。虽然阀芯受到不平衡力的作用,但这种力使阀芯与阀空间的偏心距减小,使径向不平衡力减到最小值,即可以使阀芯自动定心。