盖板式插装单向阀对系统过滤器造成损坏的原因分析

韩吕昌

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

在泵的出口设置单向阀已成为一种常规的方法，其目的是为了保证泵的出口过滤器不受损坏。最近，我公司为一用户提供一套与拉伸机配套的液压系统，该液压系统的泵站部分在运行期间多次发生泵的出口过滤器滤芯损坏现象，本文针对这一现象从盖板式插装单向阀的原理、结构等入手，分析滤芯损坏的原因。

1 盖板式插装单向阀

1.1 原理

盖板式插装单向阀属于单向阀的一种，其原理和作用和普通单向阀一致，即油液只能沿着一个方向自由流动，在反方向不能流动。油液流过单向阀时，克服阀芯弹簧力，我们叫做单向阀的开启压力，根据阀芯弹簧力的大小，对应单向阀不同的开启压力；根据流量的大小，选择单向阀不同的形式。根据单向阀流量特性和经验，流量超过400L/min时选择盖板式插装单向阀。

1.2 结构

如图1所示，盖板式插装单向阀包括插件和盖板，插件安装于符合DIN ISO 7368标准的插孔油路块中，再用螺栓把盖板和插件连接起来。插件包括阀套、锥阀芯、弹簧和密封件。

1.3 图形符号

如图2所示，盖板式插装单向阀主要包括进油口A，出油口B，控制口X，控制油口X内部含有节流器。

图1 盖板式插装阀结构Fig.1 Structure of cover-plate cartridge check valve

图2 液压元件图形符号Fig.2 Graphic symbol for hydraulic components

1.4 面积比

盖板式插装单向阀插件有3个面积(图3)，我们把锥阀芯暴露于A油口的有效面积称为AA，锥阀芯暴露于B油口的有效面积称为AB，锥阀芯暴露于弹簧腔的有效面积称为AAP，AAP的面积总是等于AA面积和AB面积之和，格据样本可知，AA∶AB=2∶1和14.3∶1两种，根据单向阀不同的作用选择不同的面积比。

图3Fig.3

1.5 受力分析

我们把能使锥阀芯关闭的力称之为阀芯闭合力，反之称之为开启力。阀芯闭合力包括弹簧腔的压力和弹簧力，阀芯开启力包括A油口和B油口的压力之和。根据单向阀使用环境不同，如果阀芯闭合力之和大于开启力之和，则阀芯关闭；如果阀芯闭合力之和小于开启力之和，则阀芯打开。

2 盖板式插装单向阀在系统中的应用

2.1 系统油源原理图

该系统由两个P01油源并列组成(图4)，两个油源之间并联一个蓄能器组，蓄能器组未画出。

2.2 系统油源工作原理

油泵1启动时，盖板式插装溢流阀4带电，油泵1产生的油源经盖板式插装溢流阀4回油箱，5s之后，盖板式插装溢流阀4失电(该阀关闭)，油泵1产生的油源依次经过过滤器2的入口(in油口)、滤芯、过滤器2的出口(out油口)、盖板式插装单向阀3入口A、出口B到达系统P01，压力慢慢升压到油泵1所设定的压力值，系统正常运行。油泵1停机时，盖板式插装溢流阀4带电(该阀打开)延时5s失电，油泵1产生的油源经盖板式插装溢流阀4回油箱，油泵1无载荷停机。

2.3 系统发生的损坏现象

更换过滤器2滤芯时，发现滤芯有从里向外压溃的现象(图5)。

1-油泵；2-过滤器；3-盖板式插装单向阀；4-盖板式插装溢流阀图4Fig.4

图5Fig.5

2.4 损坏现象分析

从滤芯照片(图5)可以看出，油泵1在停机时，出现过滤器2出口(out油口)到过滤器2入口(in油口)之间有压力油经过，说明盖板式插装单向阀3没有及时关闭，才出现滤芯有从里向外压溃的现象。

3 盖板式插装单向阀阀芯受力分析

从盖板式插装单向阀3的结构可以看出，盖板总成有一节流器，节流器孔径大小决定控制油源经过X口流进或流出的快慢，即节流器直径的大小决定盖板式插装单向阀3阀芯开启或关闭的快慢，亦即我们常说的单向阀响应速度。

从盖板式插装单向阀3的阀芯进行受力分析，油泵1停机时，盖板式插装溢流阀4带电延时5s失电，油泵1产生的油源经盖板式插装溢流阀4回油箱，油泵1无载荷停机。此时计算盖板式插装单向阀3阀芯闭合力，而阀芯闭合力等于弹簧腔的压力和弹簧力之和，我们把阀芯闭合力记作FC、开启力记作FO、A油口产生的力记作PA、B油口产生的力记作PB、弹簧腔产生的力记作PAP。经查阅设计图纸，盖板式插装单向阀3型号为，阀芯型号LC32A10E-6XB/，盖板型号LFA32D-6XB/FX10，查阅阀样本得知，面积AA=6.79×102(mm2)，面积AB=3.39×102(mm2)，面积AAP=10.18×102(mm2)，开启力为1bar，可以反算出弹簧力为1×679/10=67.9N。闭合力FC=弹簧力+(PAP×AAP)/10=67.9+(310×1018)/10=31625.9N。开启力FO=(PA×AA)/10+(PB×AB)/10=(0×679)/10+(310×339)/10=10509N，闭合力大于开启力，因而锥阀芯关闭。下面用表1说明盖板式插装单向阀3面积比和开启压力不同时所对应的闭合力FC和开启力FO。

从表1可以看出，阀芯闭合力大于开启力，从中可以得出泵出口所选盖板式插装单向阀与面积比和开启压力没有直接关系。

表1 不同面积比、开启压力所对应的闭合力和开启力

但实际情况是锥阀芯没有及时关闭，出现过滤器2的滤芯发生反向压溃现象，分析发现插装阀阀芯的响应时间与控制口X的节流器通径有关。经查阅设计图纸型号，盖板式插装单向阀3盖板节流器的通径是1.0mm，盖板式插装溢流阀4的盖板节流器的通径是1.2mm，说明盖板式插装溢流阀4的开启响应比盖板式插装单向阀3的关闭快，盖板式插装溢流阀4的阀芯开启了，盖板式插装单向阀4的阀芯还未及时关闭，造成蓄能器组的压力油源从盖板式插装单向阀2的B油口向A油口流动，最终导致过滤器2的滤芯发生反向压溃现象。

经过计算可知，盖板式插装单向阀3阀芯完全关闭的时间是183ms，盖板式插装溢流阀4完全打开的时间是127ms，即溢流阀4打开的时间快于单向阀3关闭的时间，所以发生压力油反流压溃滤芯的现象。

4 结论

通过对盖板式插装单向阀的原理、结构和受力分析可知，盖板式插装单向阀节流器直径的大小决定了插装阀阀芯的开启和关闭速度，即决定了阀本身的响应快慢。这就要求我们今后在设计使用含有盖板式插装单向阀系统时，根据使用场合不同，慎重考虑插装阀节流器直径的大小。尤其是在含有多个插装阀回路时，更应该考虑它们之间的匹配问题，以免造成不必要的损坏发生。