液壓閥異常工作原因分析及處理

李立恒 趙永乾 廖家旺

摘要：液壓閥的應用質量直接反映在液壓系統的調節品質上，除液壓閥自身質量因素外，正確地設計、選型、使用和維護也十分重要，裝備維修過程中因不掌握液壓閥的功能特性、工作原理、使用注意事項造成的液壓系統工作異常案例時有發生。本文對該類案例進行原因分析，提出相應的處理措施，避免發生不合理設計、使用等，提高系統的使用可靠性。

關鍵詞：液壓閥；工作原理；使用；維護；處理措施

Keywords：hydraulic valve；working principle；use；maintenance；treatment measures

0 引言

液壓閥是液壓傳動系統中使用最多的元件，其功能是控制或調節工作液體的壓力、流量和流動方向，對執行元件的啟停、速度和克服負載的能力進行控制和調節，使整個液壓系統按要求協調工作。任何液壓系統都需要液壓閥，液壓閥常以功能附件或部組件（插裝閥）的形式應用于液壓系統中。

當液壓閥工作出現異常時，將對系統的穩定性、精度和可靠性造成很大影響，甚至造成系統完全不工作。實際應用中液壓閥除機械故障外，常因未能正確設計、計算選型、使用和維護不當等出現非自身質量問題，導致液壓系統無法正常使用。為提高液壓系統的長期使用可靠性，本文通過分析三個因錯誤使用液壓閥導致系統工作異常的案例，來加強裝備維修人員對液壓閥在現場的重要性認識。

1 泵后供油不正常

1.1故障現象

某型噴油環進行整環性能試驗，要求在一定進口燃油溫度和流量條件下，檢查噴嘴噴霧質量應符合試驗要求。試驗中在改變進口流量時發現，進口流量未能隨輸入控制信號的正常響應輸出，給定輸入信號后流量無變化或變化小，甚至出現穩定狀態流量下降現象，同時伴隨產品進口燃油溫度快速升高超差和泵后壓力無顯示。

1.2 原因分析及處理

1）比例流控閥檢查

如圖1所示，產品進口流量通過系統中的比例流控閥進行調整，比例流控閥閥芯開度隨輸入控制電信號按一定比例關系改變，輸入信號值增大則閥芯開度增大，供油流量和壓力隨之增大，比例流控閥出現故障將導致供油流量跟隨性變差?？紤]該設備為新購置，產品性能相對穩定可靠，且無備件進行替換驗證，故排除比例流控閥故障可能。

2）節流閥檢查

3）增壓泵及溢流閥檢查

設備所用增壓泵為定量泵，因增壓泵自身結構特性存在內部泄漏，導致實際供油量小于理論值，且隨著滲漏間隙或進出口壓差增大，內部滲漏損失增加，供油量減小。鑒于滲漏間隙變化通常由增壓泵使用時間增加、零件磨損量增大造成，而增壓泵為新購置設備基本無磨損，故重點檢查增壓泵出口壓力是否正常。檢查發現增壓泵出口旁路安裝的泵后壓力變送器顯示壓力值為10.6MPa，超出設計要求的3MPa。

根據增壓泵出口壓力調整原理，其通過溢流閥調定，則出口壓力增大原因可能為溢流閥故障或工作壓力調整不到位。逆時針旋轉溢流閥手輪，將出口壓力調至3MPa，重新進行性能試驗，可以正常進行進口流量調整，同時泵后壓力顯示恢復正常，進口油溫沒有出現超溫情況。

經調查，近期對部分測量儀器、儀表做過定期計量檢定，分解前將設備的所有閥門開關關閉，在儀器、儀表檢定合格后誤將溢流閥當作常規截止閥，未按照設計要求將增壓泵出口壓力調整至設定要求值，導致增壓泵出口壓力增大約三倍，超出泵后壓力顯示儀表正常顯示范圍，導致增壓泵內部滲漏增加，實際供油量減小，同時燃油在高壓下從溢流閥溢回發熱，燃油升溫速率增快，從而導致進口燃油短時間內出現超溫現象。

2 供油指標不合格

2.1故障現象

供油裝置試驗臺的驅動轉速最高可達11000r/min，為保證驅動系統內部的驅動軸承長壽命使用，專門配置了稀油潤滑站（以下簡稱稀油站）完成對驅動軸承的潤滑和降溫，并且規定試驗前開啟稀油站，檢查稀油站的供油壓力應為0.06～0.15MPa。某供油裝置進行性能試驗時發現，稀油站供油壓力為0.055MPa，不滿足試驗要求。

2.2原因分析及處理

1）P2壓力變送器檢查

如圖2所示，測控界面顯示的稀油站供油壓力由P2壓力變送器進行測量，若壓力變送器故障，可能存在測量失真情況。根據原理圖可知，在P2壓力變送器的旁路裝有P3機械式壓力表，P3壓力表所測壓力部位與P2壓力變送器相同，檢查P3壓力指示值與P2壓力顯示值基本相同，故排除P2壓力變送器故障可能。

2）G1過濾器檢查

G1過濾器用于過濾潤滑系統油液中的雜質，油液流經過濾器后會存在流動阻力，出口壓力會有一定程度降低。若過濾器發生堵塞，流動阻力增大，可能造成出口壓降過大。該過濾器裝有防堵發訊裝置，過濾器堵塞目視裝置時顏色會由白色轉變為紅色。檢查指示器顏色為白色，且該設備為新購置，未長期運行使用，故排除G1過濾器故障可能。

3）供油泵檢查

供油泵是供油系統的動力源，提供一定壓力和流量的潤滑油，若供油泵供油動力不足，將無法建立滑油壓力。供油泵出口壓力通過P1機械式壓力表測量，檢查P1壓力表指示值為0.09MPa，其值大于最小供油壓力0.06MPa，故暫不考慮供油泵故障可能。

4）溢流閥檢查

該系統中溢流閥作為安全閥使用，若溢流閥調定工作壓力減小，溢流閥提前開啟工作，將導致增壓泵出口壓力無法滿足實際供油需求。將溢流閥沿開啟壓力增大方向調整后，未發現供油壓力發生變化，說明溢流閥未開啟卸荷，故排除溢流閥故障可能。

5）K2截止閥檢查

K2截止閥安裝在P2壓力變送器測量部位前端。K2截止閥開度過小將起到節流作用，流經截止閥的流阻會增大，供給驅動系統的P2壓力將減小。檢查K2截止閥處于全開位置，故排除K2截止閥故障可能。

6）K3截止閥檢查

K3截止閥安裝在P2壓力變送器測量部位前端，且出口通往油箱。K3截止閥開度過大將起到卸荷作用，通過截止閥K3回到油箱的流量會增大，將無法建立起壓力。檢查K3截止閥處于關閉位置，故排除K3截止閥故障可能。

7）K5截止閥檢查

K5截止閥安裝在P2壓力變送器測量部位后端。根據壓力大小取決于外負載可知，若K5截止閥開度過大，供油泵出口承受的出口負載將減小，出口壓力減小。將K5截止閥沿關閉方向調整，發現供油壓力發生變化并增大，說明K5截止閥開度過大是造成供油壓力偏小的原因。經調查，稀油站的測量儀器、儀表送計量檢定時，工作人員將K5截止閥關閉，并誤認為K5截止閥僅具備阻斷液體流動功能，忽略了其調整供油壓力的作用，在儀器、儀表檢定合格后K5截止閥被調整至全開狀態，由此導致了供油壓力偏低問題。

3 流量測試異常

3.1故障現象

某型供油裝置是發動機燃油、滑油系統的動力源，由燃油泵和滑油泵組成。其中，燃油泵的結構組成包括外嚙合齒輪泵、溢流閥和油濾等功能部分，圖3所示為燃油泵的工作原理。供油裝置進行外委返廠性能驗收時，要求測試燃油泵在規定工作轉速條件下不同出口壓力所對應的供油流量，當進行6.4±0.05MPa狀態點的出口流量測試時，測控系統測得燃油流量為612L/h（對應出口壓力為6.34MPa），不符合小于500L/h的試驗要求，自動終止試驗。查詢該產品的外委試驗記錄，燃油流量測試結果為409L/h（對應出口壓力為6.32MPa），對比兩組測試數據，在出口壓力基本相同情況下，燃油流量相差約200L/h。

3.2原因分析及處理

根據測試結果判斷設備測控程序可能存在問題。正常情況下，當出口流量未滿足試驗要求而出口壓力未達到規定試驗極限條件時，出口壓力應繼續升高直至出口流量小于500L/h。經查，設備測試程序為自動檢測，程序設置為當出口壓力達到6.35MPa后自動終止試驗，而該設定的出口壓力為最小試驗壓力值。將終止試驗的出口壓力修改為6.45MPa后重新試驗，燃油流量測試結果為413L/h（對應出口壓力6.33MPa，壓力上升過程出口壓力最大值為6.36MPa）。

接下來分析最終出口壓力較之前減小0.01MPa但流量反而出現突降的原因。由燃油泵的性能試驗要求及方法可知，在相同轉速下，四個壓力測量點（3MPa、5.7MPa、5.9MPa和6.4MPa）均由設備比例換向閥進行調整，隨著出口壓力的升高，出口燃油流量逐漸減小。根據溢流閥的工作原理，若溢流閥處于開啟狀態，燃油泵出口壓力應為定值，不能隨意調整，說明出口壓力增大過程中溢流閥處于關閉狀態，直至溢流閥開啟工作，燃油經溢流閥回流到產品進口，使燃油泵出口流量出現小于500L/h的突降。燃油泵作為定量泵，出口流量隨壓力增大而減小的原理是出口壓力升高，內部滲漏增大，實際供油量減小，當出口壓力大于溢流閥開啟壓力時出口流量進一步降低。圖4所示為燃油泵的壓力—流量特性曲線。

溢流閥的工作是通過閥芯受力平衡來實現的，圖5所示為溢流閥閥芯在動作方向的受力情況，其受液動力、摩擦阻力（含側向力）、進口油壓、泵后油壓和彈簧力共同作用。在閥芯所受到的各種作用力中，因流經溢流閥的流體壓力和流量較高，液動力不可忽視，從關閉至完全開啟狀態液動力由瞬態液動力轉變為穩態液動力。液動力作用方向均使閥芯關閉，但由于制造誤差以及實際工作中閥芯和閥體孔不可能保持精確的同心位置，閥芯受徑向液壓分布不均勻被推向一側，形成數值可觀的液壓側向力與摩擦力。在閥芯從即將開啟過渡到穩定開啟狀態位置的過程中，由于閥芯的平衡位置發生改變，受徑向不平衡力和閥芯與閥體間毛細結合力破壞的影響，閥芯摩擦阻力減小，運動靈敏后重新建立受力平衡，出口壓力將減小。另外，液動力最大值一般發生在開口開度很小時，這也解釋了閥芯開啟穩定后出口壓力由最大值6.36MPa變為6.33MPa的原因。

4 結論

由于液壓閥工作時無法直接目視觀察，往往當系統無法正常工作時才予以解決，這種事后彌補的辦法難以保證系統的正常工作。為了保證液壓閥長期安全可靠使用，維修人員應熟悉系統的設計原理，了解液壓閥在系統中的功用和使用范圍，掌握液壓閥的功能特性、工作原理和使用維護注意事項，以降低系統的故障發生率，快速解決由液壓閥引起的系統故障。

參考文獻

[1]張利平.液壓閥原理、使用與維護[M]. 北京：化學工業出版社. 2014.

[2]王積偉.液壓傳動[M]. 北京：機械工業出版社. 2019.