負載敏感比例多路閥常見故障分析

(中國煤炭科工集團太原研究院有限公司, 山西 太原 030006)

引言

多路閥是一種能控制多個液壓執行機構(負載)的換向閥組合，它是以兩個以上的換向閥為主體，集換向閥、單向閥、安全閥、補油閥、分流閥、制動閥等于一體的多功能集成閥[1,2]。負載敏感比例多路換向閥因具有節能性好；比例控制易于實現遠程遙控；無級控制與負載變化無關；可滿足多個執行元件在不同負載下同時工作等特點而廣泛應用于建筑、礦山、農業、等領域的工程機械以及船舶機械[3]。由于其結構復雜，所以故障點難排查，本研究就負載敏感比例多路閥在具體使用過程中出現的一些故障現象，在分析其原理以及結構和部分現場損壞的零件表象的基礎上，就誘發常見故障的原因和處理方法做了總結分析。

目前市場上的負載敏感比例多路閥一般主要由三個功能單元組成，分別為連接塊、比例換向閥塊、尾板三部分組成，多屬片式多路閥。

負載敏感比例多路閥應用于定量泵或變量泵液壓系統中，用來控制液壓執行元件的速度、方向，且能保證輸出流量隨輸入的控制信號電流(電壓)或機械信號(手柄操作角度)或液壓信號比例變化，而不受負載變化影響，同時可控制多個執行元件在不同的負載工況下同時動作[4]。

圖1為某負載敏感比例多路閥的原理圖。圖中連接塊內的三通流量補償器與換向閥內的梭閥網絡配合工作，使定量泵出口壓力總是比各路換向閥最高負載壓力高約1 MPa，定量泵提供的多余流量通過三通流量補償器以當前壓力溢流回油箱。當所有換向閥均處于中位時，三通流量補償器以約1 MPa的壓力使泵卸荷，系統處于低壓待機狀態，實現節能。換向閥內的二通壓力補償器(定差減壓閥)用于保證多路執行元件以不同的壓力、速度獨立工作，且控制流量不受負載影響。二次溢流閥通過限制LS的壓力來限制換向閥負載口A或B的最高工作壓力[3,5]。

變量泵系統負載敏感比例多路閥與定量泵系統中的相比，主要區別是不含三通流量補償器，其原理圖如圖2。這是由于變量泵系統負載敏感比例多路閥，在配變量泵使用時，將負載壓力信號LS引入變量泵的變量機構，從而實現對流量壓力的控制，無需再加三通流量補償閥。

1.油泵 2.三通流量補償器 3.過濾器 4、11.LS溢流閥 5.先導壓力安全閥 6.梭閥 7.主換向閥 8.抗沖擊閥 9.兩通壓力補償器 10.先導減壓閥圖1 某定量泵系統負載敏感比例多路閥原理圖

圖2 某變量泵系統負載敏感比例多路閥原理圖

1 有關系統壓力方面故障

1.1 操作各聯換向閥，系統均無壓力

原因一，三通流量補償器閥芯卡死。如圖1，當三通流量補償器卡死時，反饋壓力無法使該閥趨于關閉，泵輸出的流量主要從此閥溢流，所以系統壓力無法建立。一般情況下液壓系統有高壓過濾器和回油過濾器系統較大雜質很難造成閥芯卡死，但是有時系統在更換某一些液壓執行元件，如果油缸內部有雜質或在裝接油管的過程中引入雜質，由于此閥為滑閥結構易卡死。

原因二，LS溢流閥閥芯或閥座損壞。圖3為LS溢流閥結構圖，當該閥閥芯或閥座損壞時，LS油路沒壓力或壓力較低從而影響三通流量補償器閥或負載敏感變量泵的負載敏感閥工作。圖4為某負載敏感多路閥中LS溢流閥閥座損壞實物照片。

1.調壓螺桿 2.鎖母 3.閥套 4.彈簧 5.閥芯 6.閥座 7.O形圈圖3 LS溢流閥結構圖

圖4 閥座閥口處劃傷照片

1.2 操作各聯換向閥部分出現系統無壓力或壓力低

當操作負載敏感比例多路閥某幾聯或一聯系統可以建立起壓力，再往尾板方向，之后所有聯無壓力時，很有可能是梭閥M處卡滯雜質，如圖5a。在圖5a中，C口為本聯負載壓力引入口，A口輸入下一聯負載壓力，B口較大負載壓力輸出口。將圖2中I處局部放大，如圖5b。以圖2為例，當第一聯換向閥中梭閥M處卡滯異物時，操作第一聯后面所有換向聯的反饋油都會從M處泄漏至圖5b中的流道1，最后到回油流道，造成變量泵沒有LS反饋無壓力或很小。

1.閥體 2.O形密封圈 3.梭閥閥芯 4.鋼球 5.O形密封圈圖5 梭閥結構圖及I處局部放大圖

1.3 單聯無壓力或有較小壓力

主要原因是梭閥故障，在圖5a中如果梭閥N處有異物，可能造成本聯LS反饋油泄漏至流道2，如圖5b,造成LS沒有反饋壓力或較小,從而導致系統無壓力或壓力較小。

如果比例換向閥塊有LS溢流閥，也有可能是LS溢流閥故障。

一般比例換向閥塊中的LS溢流閥和進油聯LS溢流閥結構參數是相同的，因此故障原因類同。

2 流量方面故障

在某移動轉載設備中，用如圖2的多路閥第一聯控制液壓馬達驅動輸送，第二聯控制行走液壓馬達驅動行走。正常情況下，轉載驅動壓力15 MPa，行走壓力20 MPa。單獨操作每一聯，設備動作正常。但同時操作轉載與行走時，轉載速度明顯加快，影響設備正常運行。查明原因為二通壓力補償器故障，其阻尼孔堵塞。

故障原因分析，如圖6為二通壓力補償器工作原理圖所示，當單獨操作第一聯時，泵的出口壓力p1和二通壓力補償器出口壓力p2，則p1=p2=17 MPa,此時主換向閥節流口前后壓差為2 MPa。當兩同時操作時，泵出口壓力p1=22 MPa，由于阻尼孔堵塞，閥芯不能右移，無法進行壓力補償，所以p1=p2=22 MPa， 所以主閥口前后壓差變大，為5 MPa。

圖6 二通壓力補償器工作原理圖

(1)

由流量公式1閥口前后壓差Δp變大，所以轉載聯輸出流量變大。

3 結論

由于負載敏感比例多路閥是一個由多個不同功能的插裝元件組成相互耦合的具有特定壓力、流量調節特性的集成度高的(液壓)系統，所以其故障現象多樣，故障原因復雜，有時一種故障現象可能由多種原因引起。本研究對幾種比較常見的或作者實際遇見過,處理過的故障現象，結合閥的原理﹑結構或現場了解到的損壞零件的表象對誘發故障的原因做了總結分析?？梢钥闯觯鸵夯蛳到y污染，雜質是造成多路閥多種故障的主要原因，希望以上分析對該閥的使用和維修者在故障排查時提供參考。

參考文獻：

[1] 孔曉武.多路換向閥的基本特征與新發展[J].礦山機械,2005,33(8)：144-148.

[2] 林建亞,何存興.液壓元件[M].北京：機械工業出版社,1989.

[3] 王靜,李永安,王佃武.負載敏感比例多路閥在使用中應注意的若干問題[J].液壓與氣動,2014,(7):76-77.

[4] 楊偉紅.負載敏感技術在多路換向閥上的應用[J].液壓氣動與密封,1992,(2):8-11.

[5] 王佃武.負載敏感控制系統設計中應該注意的幾個問題及措施[J].液壓與氣動,2013,(10):115-116.

[6] 宋鋒濤.多路閥出口管接頭新接法設計[J].液壓與氣動,2011,(8):59-61.