充液阀失效分析

　　1 充液阀失效

　　在液压传动机械中，为了提高机器的空行程速度和回程速度， 采用充液阀来实现对液压缸的快速大流量充液和排液。在二重万航模锻厂改造50MN切边液压机时，调试过程中主缸无法加压。在检查原因时，将上油箱打开发现加压时充液阀不能关闭，无法将高压油封住。进一步排尽上油箱中的液压油，进入油箱检查充液阀， 发现充液阀阀芯脱落。最后在主缸中发现了断为三节的充液阀阀芯， 见图1所示。

　　图1 充液阀阀芯断裂图

　　对于充液阀阀芯的脱落和断为三节， 我们作了仔细深入的分析。

　　2 分析

　　2．1 CF型充液阀

　　50MN 切边液压机采用某公司研制的CF型充液阀(Dg250)，此种充液阀属于常闭式充液阀，工作压力31．5MPa，其基本结构和工作原理见图2所示。

　　图2 充液阀基本结构和工作原理

　　2．2 阀芯和弹簧座结构

　　阀芯和弹簧座结构如图3、4所示。

　　图3 阀芯端部结构

　　图4 弹簧座结构

　　2．3 钢丝挡圈

　　拆开充液阀后，取出钢丝挡圈，发现钢丝挡圈的内壁有明显被剪切的痕迹(图5)。经分析，充液阀打开时。阀芯下沉，在液压冲击力作用下，阀芯杆端部(R1．6处)将钢丝挡圈的内壁剪切，随后阀芯脱落。

　　图5 钢丝挡圈剪切示意图

　　2．4 阀芯断裂面

　　阀芯杆端部有明显的向外弯曲和向下延伸的裂纹，如图6所示，显然阀芯是压断的。经分析，阀芯正常工作状态和脱落过程中都不会折断，在落入主缸之前是完好的，但是在随后的调试过程中，为了将试压工件取出，活动横梁回程，主柱塞同时提升，脱落的阀芯被压在主缸缸底边缘和主柱塞之间， 回程力可达5MN，阀芯杆受到压应力可达2550MPa。在这样大的压应力作用下，充液阀阀芯断为三节。其断裂过程参见图6。

　　图6 充液阀阀芯断裂过程示意图

　　2．5 解决问题的方法

　　更换充液阀阀芯、钢丝挡圈，由于生产进度原因仍采用原设计尺寸。莺新设计加工弹簧座．将尺寸Φ54． 改为Φ52 。设备使用至今， 充液阀丁作正常。

　　3 结论

　　综上，笔者认为，导致此型充液阀失效(阀芯脱落)的主要原因是充液阀阀芯、弹簧座和钢丝挡圈结构尺寸设计不合理。为此，建议在充液阀设计时应注意以下几点：

　　(1)钢丝挡圈造型偏小。CF型充液阀阀芯采用GB895．2—86轴用钢丝挡圈。阀芯杆部直径(d0)Φ50，按标准应选用钢丝直径(d1) Φ2．5的钢丝挡圈。但考虑到① 充液阀是液压机中非常重要的部件， 它的失效会给生产和设备带来极其重大的损失；② 标准中轴径050 已是选用钢丝直径Φ2．5的钢丝挡圈最末一档，轴径Φ55选用钢丝直径Φ3．2的钢丝挡圈。所以认为选用钢丝直径Φ3．2的钢丝挡圈较合适。