電液控制換檔閥閥孔拉傷原因分析和改進措施

顧宏杰

摘要：針對電液控制換檔閥出現(xiàn)閥孔拉傷現(xiàn)象，運用液壓元件磨損失效概念及其磨損狀況對產(chǎn)生閥孔拉傷的原因進行分析，從工藝、結構方面提出改進措施。

關鍵詞：電液控制換檔閥；閥孔拉傷；分析；改進

電液控制換檔閥內(nèi)裝有濕式電磁閥，通過檔位選擇器選擇不同檔位，使電磁閥工作后，壓力油通過不同的閥孔推動閥芯運動，打開所需的油路，將壓力油輸出，通過變速箱形成前進檔、后退檔、空檔的過程。工程機械中的裝載機、平地機工作時需要頻繁換擋，于是閥芯在閥孔中頻繁運動，在承壓情況下很容易出現(xiàn)卡閥、拉傷閥孔的情況，本文針對以上原因進行分析并提出改進措施。

1 電液控制換檔閥閥孔拉傷原因分析

通過對多次閥孔拉現(xiàn)象的分析和總結，作者認為該電液換檔閥閥孔拉傷主要由以下幾方面因素造成：

（1）由于工程機械工況較差，對車輛的油品維護保養(yǎng)不及時，造成系統(tǒng)液壓傳動油的潤滑性能下降，油品的清潔度也得不到保障，使液壓油中的微小顆粒進入閥體，由于磨粒磨損和擠壓破壞，造成閥孔拉傷。當顆粒較大時將產(chǎn)生卡閥現(xiàn)象，導致車輛故障。

（2）閥孔和閥芯的制造精度不高。閥孔的圓柱度誤差，導致閥芯運動時，閥孔與閥芯之間的間隙不均勻，引起油壓波動和沖擊，在危險應力處產(chǎn)生磨損。

（3）閥體、閥芯在制造和裝配過程中對表面粗糙度、尖角處銳邊控制不嚴格，存在閥體油槽口毛刺、閥芯外圓尖角陽極氧化層易脫落，造成塵粒、鋁屑、異物等附著在閥孔和閥芯表面，當閥芯移動時產(chǎn)生閥孔局部擠壓拉傷。

（4）閥孔和閥芯配合間隙因素，當配合間隙較小，因閥體與閥芯結構區(qū)別，隨著溫度的升高，造成受熱后膨脹速度不一致，使實際配合間隙減小，出現(xiàn)邊界摩擦和干摩擦狀態(tài)，容易出現(xiàn)粘著磨損而導致閥孔拉傷。

（5）從電液控制換檔閥的結構因素分析閥孔拉傷現(xiàn)象的產(chǎn)生過程。以K1K2K3壓力閥為例，閥體材料采用鑄造鋁鎂合金，閥孔的深徑比L/D達6，屬于典型的深孔，而且孔被許多油槽分割。閥芯的材料為鋁合金，表面陽極氧化處理。閥芯內(nèi)裝壓縮彈簧，受力后或多或少存在失穩(wěn)現(xiàn)象。閥芯在受到壓縮彈簧橫向偏載力f時，閥芯在閥孔中出現(xiàn)偏斜，使閥芯與閥孔在圖示兩端危險區(qū)域局部范圍接觸，在該部位會出現(xiàn)邊界摩擦、干摩擦同時存在的狀態(tài)，隨著閥芯的繼續(xù)運動，表面的陽極氧化層逐漸磨損變薄，直至閥芯危險區(qū)域表面鍍層破裂而形成相近金屬組成的摩擦副。容易出現(xiàn)粘著磨損而導致閥孔拉傷，出現(xiàn)卡閥現(xiàn)象。

由于閥孔被油槽分割成若干段，閥芯運動時閥孔油槽口與閥芯外圓尖角陽極氧化層反復接觸分離，使油路打開和關閉，受到油壓波動沖擊的影響，閥芯上的陽極氧化層首先從外圓尖角處磨損、脫落。造成硬質顆粒物，附著在閥孔和閥芯表面直接導致兩者在相對運動時形成磨損和擠壓拉傷，導致閥孔拉傷。

2 電液控制換檔閥工藝和結構改進措施：

2.1 加強液壓油的分析診斷過程

加強電液控制閥使用油品的檢測，以測定液壓油中磨損物質的數(shù)量和顆粒分布，診斷和識別閥芯磨損類型和磨損階段，必要時更換磨損的閥芯，并按周期及時換油。

2.2 加強零件制造過程的控制

對零件制造過程加強監(jiān)管，做好零件的首檢、巡檢、終檢，同時加強零件的清洗、過程防護，避免磕碰傷，提高員工的質量意識，但主要還是通過工藝和結構的改進。

2.3 采取工藝手段控制閥孔和閥芯的配合間隙

控制閥孔和閥芯的配合間隙，減少壓縮彈簧偏載荷f作用的影響。針對換檔閥在實際工況下工作，容易出現(xiàn)閥孔拉傷、卡閥現(xiàn)象，經(jīng)過大量的試驗：在滿足油壓力在1.5～1.7MPa范圍內(nèi)，將內(nèi)泄漏控制在2.5～3.5L條件下，最終確定閥芯和閥孔的配合間隙?？紤]到閥體上的閥孔加工比較困難（大部分尺寸Φ15H6），閥孔的深徑比L/D達4～7，主要從閥芯的制造工藝上進行考慮。針對閥孔在制造時尺寸的合理波動，對閥芯進行分組制造，應考慮以下幾點：①分組規(guī)格不易過多；②方便裝配工進行快速判斷，裝配間隙是否合適；③雖然單個閥芯制造精度提高了，但閥芯組總的公差不變，便于生產(chǎn)；④可以選者閥芯對壓力曲線進行有效控制。

下圖是選用不同閥芯組合間隙對壓力曲線的影響：

2.4 控制壓縮彈簧軸心線對兩端面的垂直度。

由于彈簧裝入閥芯后處于受壓狀態(tài)，彈簧兩端面的接觸是否平整以及彈簧軸心線對兩端面的垂直度直接影響彈簧的軸向受力F的均勻分布，因此必須對彈簧兩端面進行控制：兩端圈并緊并磨平的彈簧支承圈磨平部分大于或

等于3/4圈，以保證足夠的受力接觸面積。因彈簧螺旋升角造成兩端留有部分約1/4的表面低于受力平面，彈簧被壓縮后很容易向該區(qū)域方向傾斜，為減少這方面的影響，彈簧端面磨削時，兩端面彼此偏位180°。其粗糙度不大于12.5μm，端頭厚度不小于1/8d，以減少彈簧失穩(wěn)現(xiàn)象，避免閥芯在閥孔傾斜，減少局部接觸而引起的磨損。

兩端面經(jīng)過磨削的彈簧，其外圓母線對端面的垂直度在無負荷狀態(tài)下，彈簧對寬座角尺自轉一周后再檢查另一端測量測量垂直度的最大值Δ。通過對Δ值的控制，閥芯所受到壓縮彈簧橫向偏載力f大為減少，閥芯在閥孔中的偏斜狀態(tài)得到明顯改善。在20000次的使用過程中，每間隔5000次對整個閥體進行一次分解，從閥孔的檢查來看，表面無磨損和拉傷痕跡。

2.5 改善結構和摩擦副關系

從閥孔、閥芯容易磨損的部位來看。閥孔油槽口與閥芯外圓尖角陽極氧化層反復接觸分離，使油路打開和關閉，受到油壓波動沖擊的影響，閥芯上的陽極氧化層首先從外圓尖角處磨損、脫落。造成硬質顆粒物，附著在閥孔和閥芯表面直接導致兩者在相對運動時形成磨損和擠壓拉傷，導致閥孔拉傷。因此必須對閥孔油槽口和閥芯外圓尖角處結構進行改進，主要從兩方面考慮：第一，降低入口處的局部阻力；第二，改善閥芯結構以提高表面陽極氧化層的質量。為降低油路入口處的局部阻力系數(shù)，如圖所示。孔口和閥芯尖角處采用圓角以降低局部阻力系數(shù)，減少油壓波動沖擊的影響，改善閥芯運動的平穩(wěn)性。閥芯上的尖角部分，在陽極氧化處理時，易使電流集中，局部溫度過高，導致零件燒損；或只能生成不均勻的陽極氧化膜，因此在氧化之前將這些尖角部位進行倒圓處理可以提高該部位的氧化層質量，延長氧化層的使用時間，避免表面膜破裂而形成相近金屬組成的摩擦副，加速磨損。

3 結語

上述改進措施經(jīng)過臺位20萬次試驗和實際在工程車輛上的一年多的使用證明，從根本上避免了閥孔拉傷現(xiàn)象，解決了長期捆擾的問題。同時應加強電液控制換檔閥日常維護，減少閥孔拉傷的現(xiàn)象發(fā)生。

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