自润滑轴承在大型四通换向阀的应用

曹克龙

摘 要：随大型四通阀作为大型热泵空调的核心部件之一，在系统里起制冷制热切换的作用，通过切换制冷制剂流动方向，改变换热器的换热方向，达到夏天制冷、冬天制热的目的，四通阀中活塞容易卡死，维修较为困难。

关键词：四通阀；卡死；维修；难点

目前，活塞流道交叉式大容量四通阀，分析其结构、工作原理，换向时活塞受压差力偏向阀体一侧，使该侧受大的摩擦力且在无油情况下干磨，拉毛阀体与活塞配合面，虽然对阀体内部进行注入油脂增加润滑性，但空调应用环境工况复杂，每个客户机型设计工况不一致，最终导致活塞卡死情况，使热泵空调无法正常工作；卡死产品寿命维持在20～5000次不等，无法满足客户空调使用周期1万次要求，长期以来设备维修是一个难题。

1.原因分析

1.1 四通阀在换向时因管理系统压力，迫使活塞单边受力；

1.2 活塞与阀体表面无油膜，活塞来回运动时表面摩擦力大，严重时会发生拉毛卡死情况；因设计结构定型，难以在结构设计源头做改善，那么需要考虑在表面摩擦力上做工作。

在不影响客户使用情况下，优选自润滑轴承来解决润滑问题，通过轴承自润滑性来改善应用工况问题，通过组合应用，消除了外接管路，提高了产品的标准化，同时提升了产品寿命。

2.现状分析

现有技术工艺。筒体材料：20#钢；加工工艺：车筒体毛坯内外圆、端面、四接管焊机、筒体部件人工时效（420℃退火处理）、精加工内孔、内圆磨、珩磨。活塞材料：球墨铸铁；加工工艺：粗车活塞外圆及端面、活塞淬火、外圆磨。阀体和活塞加工完成后通过配合加工，进行装配，装配双边间隙尺寸一般控制在0.025～0.06mm范围内。

在当前大环境下，各空调厂家尽力提升系统能效比，其中系统管理中的油脂对空调能效有直接影响，为此系统厂家想尽办法减少系统管路中的残留油量；这样直接影响四通阀活塞运动过程中所需要的润滑力；进而造成粘着磨损型研伤和磨粒磨损型研伤问题；促使活塞运动时致使磨擦表面产生划痕和沟槽，进而造成活塞卡死在阀体内部。

3.改善方案

为了解除粘着磨损型研伤，就要破坏两种相磨擦材料的互溶性，避免粘着；解除磨粒磨损型研伤，就要增加一种材料的可嵌入性，提高另一种材料的抗嵌入性。分别选用三种自润滑轴承进行验证：

3.1碳钢无油表面涂氟自润滑轴承

碳钢无油表面涂氟自润滑轴承，其特点：无油润滑或油润滑，适用于无法加油或较难加油的场合，可以在使用时不保养或少保养；耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿长；可在-195度-+280度范围内使用；无吸水、吸油性，热胀系数小，散热性好，尺寸稳定。

缺点，由于表面是涂聚四氟乙烯等材料，活塞在过孔时容易将涂层带出，自润滑效果失效。

3.2 固体自润滑轴承

固体自润滑轴承，其特点：可长时间在无油润滑条件下工作；适合于重载低速工况条件，具有很好的耐磨性和极低的磨擦系数；适合于往复、旋转和间歇运动等油膜难以形成的场合；耐腐蚀和抗化学性，适用于-40度---+300度的溫度范围。

缺点，由于加工件，与筒体配合加工较难，成本高。

3.3 钢基金属衬底复合轴承

钢基金属衬底复合轴承，该产品以优质低碳钢为基体，中间烧结球形青铜层，表面轧制改性聚四氟乙烯（PTFE）和铜的混合物。具有断油条件下润滑能力强、耐磨性能好，保持油膜的特点。

4.装配工艺

镶衬套工艺如图1所示。

5. 试验验证及结论

5.1 试验验证情况如表1所示

5.2 试验结论

试验结论：以上每组产品经耐久性后仍可正常换向，且综合性能变化很小，复合标准及客户需求。寿命试验后内部磨损效果见图2、图3所示。

结束语

通过将自润滑轴承在四通阀中的应用，有效解决四通阀换向时阀体与活塞干磨引起划伤而造成四通阀换向卡死问题，大大降低大容量四通阀客户品质反馈，可直接节省市场维护费用20万元/年，有利于争夺同类产品市场，提高品牌形象和行业竞争力。