液压卡紧现象的故障分析

陈治（盐城生物工程高等职业技术学校，江苏盐城224051）

液压卡紧现象的故障分析

陈治
（盐城生物工程高等职业技术学校，江苏盐城224051）

液压卡紧是在处理液压系统问题时经常遇见的问题，有时会引起严重的事故，为了提高液压系统工作的可靠性，针对液压卡紧故障的产生原因进行了分析并提出了一系列可行的措施。

液压卡紧；故障分析；措施

0　前言

随着机械设备使用时间的增长，液压系统的阀芯容易出现卡紧的故障。一旦出现液压卡紧故障，轻则影响设备的正常使用，降低设备的使用寿命，重则将造成重大的安全事故。本文结合实际生产中出现的液压卡紧故障进行了仔细的分析，同时提出了若干条解决该问题的措施。

1　液压卡紧现象的概念及影响因素

一般而言，液压卡紧现象是指液体在流经阀芯与阀体之间的缝隙的时候，通过施加在阀芯上的力（径向不平衡力）而导致阀芯卡住，不能运动的现象。在操作液压系统进行工作时，假如使用的液压阀出现了卡紧的故障，若产生的是轻微的力（径向不平衡力），则会使阀芯在运动过程中阻力变大，导致液压换向阀换向动作缓慢。如果力过大就会使阀芯被卡住，造成液压换向阀不能运动。

造成液压卡紧现象的因素有很多种，比如进口压力、阀芯材料、杂质和停留时间等等。通过文献[1]可知，由于高压时进口阀的阀套会膨胀，所以阀芯的进口压力越大其卡紧力也越大。在文献[2]中可知，阀芯材料不同时相同条件下其卡紧力也不同，同时阀芯材料的摩擦系数和阀芯的卡紧力符合一定的函数关系。另外，在1～5分钟内阀芯的停留时间和卡紧力成正比，当停留时间大于5分钟时卡紧力趋于稳定。

2　液压系统卡紧故障原因分析

造成液压系统出现卡紧故障的原因有很多种，但一般液压卡紧故障可以分为两大类，一类是机械原因造成的卡紧故障，另一类是液压阀原因造成的卡紧故障[3]。下面分别对这两大类原因进行分析。

2.1机械原因造成的卡紧故障

手动换向阀的阀孔和阀芯在加工过程中存在着一定的直线误差且阀芯比较长，当进行手动操作换向阀时会产生一定的残余应力。残余应力有时会作用在阀芯上使阀芯发生弯曲，从而增大阀芯和阀孔之间的摩擦，同时增大两者的压力，阻碍阀芯的运动造成机械卡紧。由于干式电磁阀上电磁铁的推杆所使用的是动密封，其摩擦系数较大，因阀芯的两端各有一个中心孔，如果中心孔比推杆尺寸大，推杆放入阀芯的中心孔会倾斜，会使阀芯运动受阻。

阀芯在加工完成后，如果在转移时阀芯发生碰伤，这时阀芯的局部就会出现凸起。此时，液压流在凸起部分的作用下会产生很大的压降，同时也会产生一个力矩，这一力矩会将凸起部分压向阀孔。设计时会在阀芯上开个环形槽，其目的就是为了减少径向不平衡压力。由于环形槽在热处理前就已经加工出来，所以热处理后再进行精加工所产生的变形，会使磨削后环形槽深度不同。

对于组合式的多路换向阀而言，造成其产生液压卡紧问题的主要原因是阀孔变形从而造成机械卡紧使液压系统无法动作。造成阀孔变形的原因主要有以下几个因素：第一，结合面的平面误差；第二，结合面有凸起的磕伤；第三，组合螺栓的预紧力过大[4]。

另外，阀孔和阀芯之间的间隙过小造成摩擦，液压油中的铁屑、砂砾等杂质也会造成液压系统的卡紧现象。在液压阀的实际安装过程中，如果螺栓的扭矩设计不合理，同样会造成阀孔的变形，增大阀孔和阀芯之间的摩擦力造成液压卡紧。液压阀的阀芯和阀孔在配合时，如果配合间隙较大，形位公差较大，液压油在流经间隙时，就会产生径向不平衡力，致使阀芯转动变得更加困难。

2.2液压阀原因造成的卡紧故障

2.2.1径向不平衡力造成液压卡紧

径向不平衡力是造成液压卡紧最主要的因素之一，此力的产生主要与滑阀副的加工误差有关。径向不平衡力的产生主要受两方面因素影响，首先几何形状误差会产生径向不平衡力，其次同轴度误差会产生径向不平衡力[5]。在高压情况下，液体流经液压阀的间隙时，如果锥形缝隙沿着液体流动的方向是越来越大的，那么就会出现所谓的液压卡紧问题。

（1）如果阀芯和阀孔在加工时都不存在几何形状误差，那么在装配时，如果阀芯被歪斜放置在阀孔中，或者有杂质进入间隙，致使阀芯在阀孔中的相对位置关系发生变化引起的偏斜等，这种偏斜产生的径向不平衡力一般都是较大的。

图1　形位误差造成的液压卡紧

（2）如果阀芯在加工时存在误差形成倒锥时，那么阀芯的轴线和阀孔的轴线虽然会平行但是绝不会重合，即产生偏心。施加在阀芯上的不平衡力会使液压阀中阀芯与阀孔之间的偏心矩变得越来越大，当二者的表面直接接触后卡紧现象就会随之产生。

2.2.2系统工作压力偏高造成液压卡紧

液压系统的工作压力过高会造成液压卡紧故障，阀芯和阀孔在压力的作用下会产生形变从而增加两者的摩擦，同时造成阀的泄漏增大，液压油和阀体的温度升高。在工作压力较高的情况下，阀芯所处的油温是高于阀孔所处的油温的，因此阀芯和阀孔的膨胀程度不一致导致两者之间的间隙缩小发生卡紧故障。系统工作流量偏大，阀从通到断、从断到通或换向时，由于液动力对阀芯有很大的冲击，使阀芯偏离中心位置，产生液压卡紧。另外，大部分液压元件都避免不了内泄漏现象的发生，内泄漏若没有使用通道或其通道较小，则会导致原件回油不顺畅，会使阀芯很难移动。

3　解决液压卡紧问题的方法

3.1提高液压系统的机械加工精度和装配质量

在机械加工过程中，类似阀芯零件所有的中心孔基本是全部加工程序的技术标准，在进行精加工之前要对热加工的中心孔周围进行细致打磨修整，以做到最小的形位公差和最好的外表质量。尽量减小热加工的形变量。细长的阀芯使用20Cr型钢材，热加工后的形变小，并且能最长时间内保持阀芯原有的尺寸。

一般以珩磨和研磨方式修复阀孔的精度。大批加工阀孔时，使用金刚石材质的绞刀，以减小形位公差和尺寸误差。精加工之后要仔细去除毛刺，倒钝锐边。锐边部位不能修圆或倒角，避免影响轴尺寸，以伺服阀上的控制边为例。应均匀各结合面与连接螺钉之间的紧固力，避免组合式螺栓的预紧力过大。要严格遵守配装工艺规定。实测各配件尺寸及形位公差要根据规定选择装配间隙。严格把控阀芯与阀孔之间的精度，通常阀芯圆润度及圆柱度要控制在0.100 3mm内[6]。

3.2减少油液污染和降低温升

保证液压系统的清洁度，防止油液被污染。在阀的进口，应按相关准标或厂家要求选用适用的过滤器，保证油液的过滤精度不得低于0.03m m。由于油液和外界不能进行充分热交换，在温升较快的系统中，特别是闭式系统，必须装有高效的冷却器，对系统进行及时冷却，以防温度过高引发液压卡紧。

3.3使阀芯和阀孔相互振动

采用阀芯和阀孔两者沿轴向方向相对运动的方式能够有效地减小阀芯在动作过程中受到的阻力，这种方式在比较精密的液压系统中受到广泛的采用。采用阀孔和阀芯相对运动的方式能够大大降低阀芯受到的摩擦力。在试验中若两者相对的运动频率采用10～90 Hz，振幅为0.1～0.2mm，能够将阀芯在操纵过程中受到的摩擦力降低为原来的4%～5%左右，另外如果采用电磁偏心运动方式时阀芯和阀孔相对运动效果更好[7]。

3.4在滑阀类阀芯上做环式均压槽

在实际的使用过程中发现，环形均压槽能够很好地消除径向不平衡力，原理如图2所示。在图2中能看出，若不做环式槽，虚线A2和A3所围成面积，为向上径向不均衡压力。做环式槽后，环式槽把p2到p3间压力化分为几段，使径向向上的不均衡压力为曲线B2和B3所围成阴影面的面积，因此其能够很好地改善不平衡力。

图2　环形均压槽机构及原理

3.5改进液压系统的设计

经过上文的分析可知，现有液压系统中存在一定的设计缺陷，这些缺陷增加了液压卡紧故障的发生几率。为了增强液压系统工作的可靠性，需要对液压系统进行改进设计。比如可以将阀芯制成倒锥的形状，小端朝着高压腔，这样能够很好地降低径向不均衡压力。另外还可以采用湿式电磁铁代替干式电磁铁，其电磁铁推杆以端面静密封替代动密封，从而能够有效地减小阀孔和阀芯之间的摩擦力，阀芯灵活移动降低液压卡紧故障发生的几率。

4　结束语

研究液压卡紧故障的原理及解决措施对提高机械系统的可靠性和保证设备的正常工作具有重要的意义。液压系统中换向阀的滑阀液压卡紧问题是共性现象，不只有换向阀存在这样的问题，其也存在于其他类型液压控制阀。通过上文的分析可知降低甚至避免液压卡紧问题的出现，需要从改善相关技术，限制配合的偏心量、间隙和径向不均衡压力等这些方面进行着手研究。

［1］江泽欣.液压传动系统的故障与修理［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［2］章宏甲.金属切削机床液压传动［M］.南京：江苏科学技术出版社，2009.

［3］陆望龙.使用液压机械故障与修理大全［M］.长沙：湖南科技出版社，1999.

［4］陈虹微.液压卡紧的影响因素及诊断和防治［J］.煤矿机电，2005（4）：50-52.

［5］张玉春，王良曦.汽车主动悬挂控制的研究现状和未来挑战［J］.控制理论与应用，2012，20（1）：139-145.

［6］李伟.滑阀机构液压卡紧无传感器诊断方法研究［J］.中国机械工程，2010（4）：436-438.

［7］陈虹微.液压卡紧的影响因素及诊断和防治［J］.煤矿机电，2011（4）：50-52.

(编辑：王智圣)

Failure Analysisof Hydraulic Clam ping Phenomenon

CHEN Zhi
（Yancheng Biological Engineering Higher Vocational Technology School，Yancheng224051，China）

Hydraulic clamping is often encountered in dealing with the issue of hydraulic system problems，which can cause a serious accident sometimes.This paper analyzes the causes of hydraulic clamping and proposed a series ofmeasures to improve the reliability of thehydraulic system.

hydraulic clamping；failureanalysis；measure

TH137

A

1009－9492(2015)04－0142－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.038

2014－11－24

陈治，男，1967年生，江苏阜宁人，大学本科，讲师。研究领域：机械、机电。