二通插裝閥的應用與分析

楊殿寶

一、引言

一個完整的二通插裝閥由閥芯、閥套、復位彈簧、密封件、閥蓋組成，有部分廠家的制品有插件帽。江蘇海門市油威力液壓工業有限責任公司的部分插件制品，目前最大為DN125，流量達到12000L/min，插裝閥的插入元件工作狀態是由作用在主閥芯上的合力控制，是十分典型的兩位兩通閥。通過典型案例，說明插裝閥在實際應用中需要注意的問題。

二、插裝閥典型案例

1.插裝閥用作單向閥

插件用作單向閥最典型的應用，就是大流量場合下設置在泵的出口保護泵不致反轉。圖1是設計中經常使用的雙泵（恒壓泵）供油回路。試驗時出現的問題是第一臺電機啟動后，發現第二臺電機自動反轉。經供應商現場服務工程師仔細檢查和比對，發現管路安裝和油路塊與原理圖相符，即原理沒有問題。試驗后發現，關閉3.2試驗1泵組，一切正常；關閉3.1，試驗2泵組也正常；同時關閉3.1和3.2，啟動兩個泵后，仍然一切正常，但是問題并沒有得到解決。根據經驗判斷，很可能是插件閥蓋阻尼孔半堵塞或過小所致。當1泵組啟動時輸出流量較大，阻尼孔過小會使插件B，X兩腔差生較大壓差，進而導致2泵組單向插件不能完全關閉處于浮動狀態。根據此推斷，拆卸插件蓋板中阻尼器后再次試驗，故障現象消失。只是卸壓時聽見明顯的插件關閉聲響（系統流體迅速關閉插件形成機械撞擊）。據此試驗結果，調整阻尼規格后，聲響降低，用戶對試驗結果非常滿意。

此例中，插裝閥用作單向閥時有兩個注意要點：一是應該選擇合適的面積比，并根據所選擇插裝閥的面積比、系統流量參數選擇相對更合理的單向蓋板的阻尼器規格；二是控制口一般選擇B口，以避免B/X間泄漏（對于保壓用單向閥，可考慮采用單獨的控制油源）。對于用于換向閥的插裝閥這顯得非常重要，不建議使用主閥芯帶O形圈的插裝閥來保證B，X間無泄漏（保證換向閥的機能），因為O形圈用作動密封的壽命非常有限。

2.中密度板壓機

圖2是公司中密度板壓機局部原理圖，該部分主要負責快速升壓動作。設備運行一段時間后，發現壓力嚴重漂移。檢修中工人不慎將主閥芯復位彈簧失落，現場沒有原廠備件，只找到基本插件用的彈簧，裝上試機發現壓力超調量明顯增加，導致系統壓力傳感器連續損壞兩只。雖然沒有造成更大的損失，但是不得不停產等待備件的購進。待更換備件后，系統壓力還是漂移。筆者現場檢查發現，該回路中換向閥機能與圖紙不符（實物是H形兩位換向閥）。經更換備件后試驗結果證明，是換向閥泄露較大導致。在此案例中，說明了插裝閥用作壓力閥時起碼有3個注意要點：一是合理地設置蓋板的阻尼器；二是優化彈簧性能可以明顯改善壓力閥的工作穩定性、減小壓力波動區間和過渡時間（使用方應對壓力閥插件做適當的庫存、建議維護中使用原廠配件以保證原有系統性能和參數）；如果壓力閥用于保壓/安全閥,有電磁信號卸荷時，建議使用電磁球閥，以確保保壓效果（因為普通的換向閥是滑閥結構存在不同程度的泄漏量）。

在壓力閥特別是溢流閥中，表現其動態性能的主要參數是動態超調量、升壓過渡時間、卸壓過渡時間、壓力穩定情況。同樣的道理，用作壓力閥的插裝閥組合也同樣要求在不產生振動和噪聲的前提下，具有較短的升壓時間、較短的卸荷時間和較小的壓力擺動，而影響這些動態參數的只有先導閥和插件的質量。從溢流閥原理不難發現，圖3中溢流閥控制蓋板裝的阻尼器起到3個作用：建立壓差打開主閥（孔的大小決定了主閥芯的開啟壓力，同時要保證主閥芯不能被泄漏產生的壓差打開。一般情況下要保證通過節流孔產生的壓差至少是泄漏產生壓差的5倍）；開啟主閥后減振（節流效果控制閥芯運動速度以減小超調量）；泄壓時緩沖（減小沖擊以減小噪聲和保護系統）。所以科學地選擇阻尼器的規格與合理安裝才能減少故障和優化系統。

值得注意的是：圖2回路中有3個先導級（電磁閥、溢流閥、阻尼蓋板）。阻尼器在回路中作用不可小覷，但由經驗可知，雖然采用二通插裝閥的機器設備壽命相對較高，但先導閥必須定期更換。分體式調壓先導隨著座閥主級的進步，其穩定性與可靠性已不能適應系統的要求。為此，采用螺紋式插裝閥作為先導級勢在必行。該技術不但減少了安裝空間，也為插裝閥的模塊化、集成化和規模化生產提供可能性。在實踐上，不少液壓系統制造商已經取得了良好的經濟效益。

3.八流方坯連鑄機液壓站動力部分

圖3是某鋼鐵廠八流方坯連鑄機液壓系統中心液壓站動力部分局部原理圖，主要是實現常閉式減壓閥功能（通過換向閥電信號切換實現動力源對系統的通斷、減壓功能）。新設備在部件、單機、試驗中未發現異常，但區域聯動、機組聯動時發現系統來不及供油，具體表現為流水線動作不連貫。利用排除法拆卸掉主級插件閥芯后發現系統正常，即排除了系統動力源部分供油不足的可能，問題也就直接表現在這個控制部件中；由于控制塊關閉正常，可能是閥芯容腔泄油不暢導致，再次利用排除法（拆卸控制泄油量的阻尼、同時恢復主級插件閥芯）后試機發現現象沒有得到排除；由于生產原因，只能拆卸主閥芯使用，但沒有找到根源，用戶反映強烈。在2009年6月大修中回訪了該廠，在現場了解了當時的調試過程后得知，用于先導控制的減壓閥為 J-F6D-A-1，不但壓力等級（20MPa）稍低，在性能方面可能也滿足不了控制要求，建議用戶找替代品。經多方努力，找到一只力士樂品牌的LFA50DRW2-7X/210控制蓋板，功能上與原設計相當，配備相應的螺釘后試驗，完全達到設計要求。可以認定，原先導級減壓閥升壓過渡時間達不到該系統要求或閥芯動作不穩定。

這個案例說明插裝閥的效果好壞，不僅取決于插裝閥本身，同時直接受到各個先導級的影響，采用二通插裝閥與螺紋插裝閥配合，輔以較小泄漏甚至零泄漏的電磁閥是目前技術狀態下的最優選擇。

4.步進機械升降缸控制回路

圖4是較為傳統的步進機械升降缸控制回路，廣泛應用于鋼廠步進爐液壓系統中，其中的比例閥多選用插件/導閥一體式比例流量閥，如VICKERS品牌的CVU-40EFPI-B29-90-3*，ATOS品牌的LIQZI-TE-*等，2010年筆者在攀成鋼廠時有客戶反映一套加熱爐調試時不能調速（比例流量閥調節失效），排除了機械、電器等方面的原因后最終發現是比例閥插件部分安裝孔超長（普通插件的安裝孔可以加深到合適位置，加深值用墊塊補償），使比例流量閥的A/B口相通，最終導致該閥功能的失效。

另外，比例/伺服閥宜多選用外控型，回路中對控制油進行先期過濾，以確保元件的使用壽命，對于插裝閥較多的系統建議設置單獨的控制油源，以確保控制口壓力的相對穩定，避免動作紊亂或保壓不良等現象的發生。

三、結論

雖然插裝閥安裝孔較難加工，安裝尺寸難以統一，但由于在設計布局上有優勢，相對而言體積小、成本低，功能全，液阻力小、通流量大、動作快、泄漏小，減少了安裝、配管、泄漏點，正在迅速擴大其適用領域。雖然難以界定插裝閥市場份額（品種的匯總難、功能塊與閥難以界定），但在多種工程機械、搬運機械、農業機械、木工機械、橡塑業、冶金業已經廣泛應用。在常被忽視的工業領域中，插裝閥的應用在不斷地擴大。特別是在重量和空間限制的場合，傳統液壓閥束手無策，而插裝閥卻大顯身手。在某些應用場合，插裝閥是提高生產力、競爭力和經濟效益的唯一選擇，特別是在二通插裝閥與螺紋插裝閥相互影響和快速發展的今天，這一點顯得更加突出。

在設計使用插裝閥時，要注意控制口、面積比和先導閥的選擇，對于插件與先導一體的插裝閥（比例插裝閥居多）一定要注意油路塊的加工。

W11.12-11