气动测试旋转阀性能的研究及应用

2014-11-28马英霞王卓岗陈启超

制造技术与机床 2014年3期

马英霞王卓岗陈启超

(中航工业庆安集团有限公司，陕西西安 710077)

旋转阀是液压阀的主要结构形式之一，广泛用于作战飞机机翼及尾翼某运动部位的液压助力操纵，是助力器操纵系统的关键元件之一。本文介绍的旋转阀由主阀、副阀、内套和外套组成。虽然旋转阀产品在我公司已经生产了好多年，但对于旋转阀的制造、装配以及性能测试还处于初步认识的阶段，尤其对旋转阀性能的判断还非常落后，仅维持在装配单位(笔者公司零、组件的装配与零件的加工分在不同的单位)装配后的性能检测环节。处于此环节的不足之处:

(1)该阀类零件生产过程中存在的问题发现比较晚，影响装配进度及产品的交付节点。

(2)零件在生产过程中根本无法提前控制和补救。

(3)过多的零件因无法返修而报废，造成浪费。

2011年、2012年，旋转阀部件交付处于极其被动的时期，产品节点等来的一批批旋转阀在产品装配、性能测试后被告知:阀的性能不合格。

问题到底出在哪?如何进行排故?这应该是我们为了保证节点和完成任务首先要做的工作。

如何提前发现问题、提前排除故障是我们必须要考虑的问题。

1 设想

直接在零件加工单位复制一台液压试验装置，提前进行性能测试?答案是否定的。原因:一是条件不允许，二是目前时机不成熟，三是没有必要。因为这样做相当于进行了两次装配和测试，浪费人力和时间，根本问题仍得不到有效解决。如何既简单又不耗费大量的人力和时间，还能将问题提前暴露，提前预控呢?

设想——用气压代替液压做一台简易的试验装置进行测试，同时在零件进入装配单位前，在零件加工单位进行模拟试验，以保证旋转阀性能的质量状况。

2 气动测试原理及结构

2.1 测试旋转阀的气动原理

图1 试验装置原理图

图1是试验装置的原理图，从气泵进入气动量仪两测试管的压力，经过气动量仪压力调节柱塞调节至相同。若气动量仪两气管压力相同，左右气动量仪上的浮标将处于等高静止状态，若气压有变化，左右气动量仪上的浮标会产生上下浮动，浮动值的大小可以从气动量仪试管上的刻度线读出。

旋转图1的调节轴通过摇臂带动主阀，当主阀旋转到完全遮盖住A、B进气口时，气动量仪浮标处于最低的0位，无变化。

当主阀顺时针旋转一个角度后，进油口和左腔节油口沟通打开，左气动量仪浮标上升，随着开口增大，气流增大，气动量仪浮标上升越高。

即:顺时针旋转主阀时，进油口打开，左气动量仪浮标先于右气动量仪浮标上升，但可以观察到两浮标上升的差值;

逆时针旋转主阀时，回油口打开，右气动量仪浮标先于左气动量仪浮标上升，同样可以观察到两浮标上升的差值;

开口越大，气动量仪浮标上升越高。

通过旋转主阀，气动量仪浮标高低变化，有效分析阀开口的大小和进、回油开口大小。同时可以测算出遮盖量，顺时针旋转时，进油口打开的瞬间记录角度盘的值，同时记录百分表的0位。逆时针旋转时，通过一定的旋转角度，行驶一定的位移量，即是该阀的不灵敏范围和运动的角度范围。

0位是死区，气动量仪浮标无变化，当图1摇臂旋转S1位移后，左气动量仪浮标开始上升;当图1摇臂旋转S2位移后，右气动量仪浮标开始上升;位移S1+S2即是该产品的不灵敏范围，而(S1+S2)/2即是该产品安全密封时的状态。

2.2 气流进入旋转阀的原理

图2 旋转阀的原理图

图2是旋转阀的工作原理图。顺时针旋转调节轴时，主阀使 P3、P1沟通，气由P3进入P1负载腔，同时P2和S1回油边沟通，形成一回路。

逆时针旋转调节轴时，主阀使 P3、P2沟通，气由P3进入P2负载腔，同时P1和S2回油边沟通，形成一回路。

P1、P2 压力相同，当沟通P1、P3的压力和P2、P3压力差可以从气动量仪上读出，通过压差可以有效分析出进油、回油对称性，以及进油口的流量和回油口流量的变化，通过设置气动量仪0位及百分表，读出气动状态下的遮盖量。

2.3 主阀、副阀完全展开情况

图3为旋转阀的主阀、副阀展开图。

主阀向右移动时，副阀的L1点和主阀的M2点沟通，进油边沟通，进油口打开，进入负载腔;同时主阀的M1点和副阀的L2点沟通，回油边沟通，回油口打开，进入负载腔。

图3 旋转阀的展开图

主阀向左移动时，副阀的L3点和主阀的M4点沟通，回油边沟通，回油口打开，进入负载腔;同时主阀的M5点和副阀的L4点沟通，进油边沟通，进油口打开，进入负载腔。

主阀向右移动，L1点和M2点沟通，进油口打开时的位移是图3所示的S1;主阀向左移动，L3点和M4点沟通，回油口打开时的位移是图3所示的S2;S1+S2是旋转阀单边的遮盖量，(S1+S2)/2即是旋转阀单边的中位，即完全遮盖时的状态。

通过进入旋转阀体内气体压力变化，判定旋转阀的中立位置、开启状态、不灵敏区范围、进油、回油开启状态，准确地判定旋转阀的密封和加工的配合状态，有效降低旋转阀的故障率，并可对其进行重叠量的匹配，从根本上提高产品品质。

3 测试装置组成结构和使用说明

测试装置主要由测试工装、气动量仪、百分表、气路系统等部分组成，图4、图5是测试工装的结构图及剖视图。

图4 测试工装

图5 测试工装剖视图

按图5先将主阀、副阀、内套、外套组装，再将密封圈安装在外套的外槽中，然后整体装入测试装置的壳体内，通过定位销固定副阀的高度和角向位置，通过调整螺母调整主阀的高低位置，合适后测试旋转阀的基本性能。

4 测试及现象分析

调整调节阀将气泵供应的气压调至0.2 MPa以下，同时将气动量仪设定在一个稳定的压力区域，通过气动环规校正，保证气动量仪的精度在2 μm的范围内。

用气管将气动量仪与图4壳体的进油孔、回油孔接通，旋转调节轴使主阀顺、逆时针旋转;观察进油口、回油口沟通状态。

现象分析及解决办法:

(1)顺时针旋转调节轴时，如图2所示，P3和P1沟通，左气动量仪浮标上升，同时P2和S1沟通，右气动量仪浮标上升。

如果左气动量仪浮标上升，而右气动量仪浮标始终不动，或者右气动量仪浮标一直在浮动，则说明存在以下几种可能:①阀的密封状态有问题;①主阀与副阀配合间隙过大;③主阀、副阀的圆柱度不合格，产生气体泄漏;④主阀的弦弧长不对称。

另一种状态是，通入相同压力后，顺时针或者逆时针旋转主阀，气动量仪浮标始终漂浮;回不到0位，这种状态是不灵敏区过小，遮盖量过小或者负遮盖的表现，说明主阀上的弦弧长过小，或主阀与副阀的配合间隙过大。

(2)如果顺时针旋转调节轴，应该是左气动量仪浮标先上升，右气动量仪浮标后上升，而实际情况相反，说明回油边先打开，进油边后打开。这种情况，在遮盖量允许的情况下，通过修研主阀进油边，使进油边的开口＞回油边的开口，既可以保证合格的遮盖量，又可以保证进油边先打开，回油边后打开。

(3)顺时针旋转调节轴，左气动量仪浮标先上升，随后右气动量仪浮标也上升，将左气动量仪浮标和右气动量仪浮标上升的差值设定为A，如果A值过大，或者A值过小，可通过修研副阀上的进油口和回油口的大小，使得A值保证在一定的范围内，但是在使得A值变小或者A值变大的过程中都会严重影响遮盖量。

(4)如果通入两个进油口P3和P4(如图2)的压力相同，通过旋转主阀变化，可以很明显、直观地观察到在两个进油口尺寸相同的情况下，主阀对称的弦弧长的差值。理想状态是，顺时针旋转主阀，两个气动量仪呈现等高的状态向上，如果出现高低不一，则证明主阀的弦弧长对中心有偏差，这时可以通过修研加以调整。

(5)旋转阀在液压试验过程中，经常出现操纵力过大问题，具体分析如下:①主阀、副阀在配合状态时，在液压力的作用下，将尖边毛刺冲出，使得主阀在运动过程中出现滞涩或力过大。①液压侧向力的问题，由于阀的制造误差，主阀控制进油和回油的弦弧长存在偏差，进油流量和回油流量不相等，主阀受到侧向液压压紧在副阀孔壁上，缝隙中存留液体被挤出，主阀与副阀间的摩擦变大，即操纵力变大。若两个进油口的遮盖量大小相同，回油口大小一致，并且回油边开口＞进油边开口，液压油不会产生滞压，同时由于两个进油口压力大小一致，进油压力在180°方向上一致，回油通畅，则主阀受液压侧向力很小，操纵力会很小。使用该气动测试装置测量出两个进油口遮盖量大小以及对称性，可进行微量气动配磨，同时可以通过修研副阀回油口和进油口的大小，使得回油边开口＞进油边开口，有效解决滞压，使油路通畅，从而解决操纵力的问题。