蓋板式插裝單向閥對系統過濾器造成損壞的原因分析

韓呂昌

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

在泵的出口設置單向閥已成為一種常規的方法，其目的是為了保證泵的出口過濾器不受損壞。最近，我公司為一用戶提供一套與拉伸機配套的液壓系統，該液壓系統的泵站部分在運行期間多次發生泵的出口過濾器濾芯損壞現象，本文針對這一現象從蓋板式插裝單向閥的原理、結構等入手，分析濾芯損壞的原因。

1 蓋板式插裝單向閥

1.1 原理

蓋板式插裝單向閥屬于單向閥的一種，其原理和作用和普通單向閥一致，即油液只能沿著一個方向自由流動，在反方向不能流動。油液流過單向閥時，克服閥芯彈簧力，我們叫做單向閥的開啟壓力，根據閥芯彈簧力的大小，對應單向閥不同的開啟壓力；根據流量的大小，選擇單向閥不同的形式。根據單向閥流量特性和經驗，流量超過400L/min時選擇蓋板式插裝單向閥。

1.2 結構

如圖1所示，蓋板式插裝單向閥包括插件和蓋板，插件安裝于符合DIN ISO 7368標準的插孔油路塊中，再用螺栓把蓋板和插件連接起來。插件包括閥套、錐閥芯、彈簧和密封件。

1.3 圖形符號

如圖2所示，蓋板式插裝單向閥主要包括進油口A，出油口B，控制口X，控制油口X內部含有節流器。

圖1 蓋板式插裝閥結構Fig.1 Structure of cover-plate cartridge check valve

圖2 液壓元件圖形符號Fig.2 Graphic symbol for hydraulic components

1.4 面積比

蓋板式插裝單向閥插件有3個面積(圖3)，我們把錐閥芯暴露于A油口的有效面積稱為AA，錐閥芯暴露于B油口的有效面積稱為AB，錐閥芯暴露于彈簧腔的有效面積稱為AAP，AAP的面積總是等于AA面積和AB面積之和，格據樣本可知，AA∶AB=2∶1和14.3∶1兩種，根據單向閥不同的作用選擇不同的面積比。

圖3Fig.3

1.5 受力分析

我們把能使錐閥芯關閉的力稱之為閥芯閉合力，反之稱之為開啟力。閥芯閉合力包括彈簧腔的壓力和彈簧力，閥芯開啟力包括A油口和B油口的壓力之和。根據單向閥使用環境不同，如果閥芯閉合力之和大于開啟力之和，則閥芯關閉；如果閥芯閉合力之和小于開啟力之和，則閥芯打開。

2 蓋板式插裝單向閥在系統中的應用

2.1 系統油源原理圖

該系統由兩個P01油源并列組成(圖4)，兩個油源之間并聯一個蓄能器組，蓄能器組未畫出。

2.2 系統油源工作原理

油泵1啟動時，蓋板式插裝溢流閥4帶電，油泵1產生的油源經蓋板式插裝溢流閥4回油箱，5s之后，蓋板式插裝溢流閥4失電(該閥關閉)，油泵1產生的油源依次經過過濾器2的入口(in油口)、濾芯、過濾器2的出口(out油口)、蓋板式插裝單向閥3入口A、出口B到達系統P01，壓力慢慢升壓到油泵1所設定的壓力值，系統正常運行。油泵1停機時，蓋板式插裝溢流閥4帶電(該閥打開)延時5s失電，油泵1產生的油源經蓋板式插裝溢流閥4回油箱，油泵1無載荷停機。

2.3 系統發生的損壞現象

更換過濾器2濾芯時，發現濾芯有從里向外壓潰的現象(圖5)。

1-油泵；2-過濾器；3-蓋板式插裝單向閥；4-蓋板式插裝溢流閥圖4Fig.4

圖5Fig.5

2.4 損壞現象分析

從濾芯照片(圖5)可以看出，油泵1在停機時，出現過濾器2出口(out油口)到過濾器2入口(in油口)之間有壓力油經過，說明蓋板式插裝單向閥3沒有及時關閉，才出現濾芯有從里向外壓潰的現象。

3 蓋板式插裝單向閥閥芯受力分析

從蓋板式插裝單向閥3的結構可以看出，蓋板總成有一節流器，節流器孔徑大小決定控制油源經過X口流進或流出的快慢，即節流器直徑的大小決定蓋板式插裝單向閥3閥芯開啟或關閉的快慢，亦即我們常說的單向閥響應速度。

從蓋板式插裝單向閥3的閥芯進行受力分析，油泵1停機時，蓋板式插裝溢流閥4帶電延時5s失電，油泵1產生的油源經蓋板式插裝溢流閥4回油箱，油泵1無載荷停機。此時計算蓋板式插裝單向閥3閥芯閉合力，而閥芯閉合力等于彈簧腔的壓力和彈簧力之和，我們把閥芯閉合力記作FC、開啟力記作FO、A油口產生的力記作PA、B油口產生的力記作PB、彈簧腔產生的力記作PAP。經查閱設計圖紙，蓋板式插裝單向閥3型號為，閥芯型號LC32A10E-6XB/，蓋板型號LFA32D-6XB/FX10，查閱閥樣本得知，面積AA=6.79×102(mm2)，面積AB=3.39×102(mm2)，面積AAP=10.18×102(mm2)，開啟力為1bar，可以反算出彈簧力為1×679/10=67.9N。閉合力FC=彈簧力+(PAP×AAP)/10=67.9+(310×1018)/10=31625.9N。開啟力FO=(PA×AA)/10+(PB×AB)/10=(0×679)/10+(310×339)/10=10509N，閉合力大于開啟力，因而錐閥芯關閉。下面用表1說明蓋板式插裝單向閥3面積比和開啟壓力不同時所對應的閉合力FC和開啟力FO。

從表1可以看出，閥芯閉合力大于開啟力，從中可以得出泵出口所選蓋板式插裝單向閥與面積比和開啟壓力沒有直接關系。

表1 不同面積比、開啟壓力所對應的閉合力和開啟力

但實際情況是錐閥芯沒有及時關閉，出現過濾器2的濾芯發生反向壓潰現象，分析發現插裝閥閥芯的響應時間與控制口X的節流器通徑有關。經查閱設計圖紙型號，蓋板式插裝單向閥3蓋板節流器的通徑是1.0mm，蓋板式插裝溢流閥4的蓋板節流器的通徑是1.2mm，說明蓋板式插裝溢流閥4的開啟響應比蓋板式插裝單向閥3的關閉快，蓋板式插裝溢流閥4的閥芯開啟了，蓋板式插裝單向閥4的閥芯還未及時關閉，造成蓄能器組的壓力油源從蓋板式插裝單向閥2的B油口向A油口流動，最終導致過濾器2的濾芯發生反向壓潰現象。

經過計算可知，蓋板式插裝單向閥3閥芯完全關閉的時間是183ms，蓋板式插裝溢流閥4完全打開的時間是127ms，即溢流閥4打開的時間快于單向閥3關閉的時間，所以發生壓力油反流壓潰濾芯的現象。

4 結論

通過對蓋板式插裝單向閥的原理、結構和受力分析可知，蓋板式插裝單向閥節流器直徑的大小決定了插裝閥閥芯的開啟和關閉速度，即決定了閥本身的響應快慢。這就要求我們今后在設計使用含有蓋板式插裝單向閥系統時，根據使用場合不同，慎重考慮插裝閥節流器直徑的大小。尤其是在含有多個插裝閥回路時，更應該考慮它們之間的匹配問題，以免造成不必要的損壞發生。