YCS-B型多功能实验台液压系统中溢流阀常见故障诊断

阚玉锦 苏进 丁响林

摘要：液压系统中溢流阀是用来控制和调节液压系统的压力，使被控制系统的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压作用，是液压系统中非常重要的元件。但溢流阀故障也比较多，影响了液压系统的正常工作，本文就YCS-B型实验台液压系统中溢流阀常见故障及诊断进行分析。

关键词：液压系统;溢流阀;故障诊断

一、概述

YCS-B型多功能液压实训台主要用于液压回路连接实验、液压元件性能实验、液压组合实验及液压技术课程设计等。该实训台的液压泵站，主要由电机、液压泵、溢流阀、电磁换向阀等组成了一固定的液压泵站模块以供实验实训需要，其实训台液压系统原理图如图1所示。

二、溢流阀工作原理

YCS-B型液压实训台液压系统中采用的是先导型溢流阀，其结构如图2所示，由先导阀和主阀两部分组成。先导阀实际上是一个小流量的直动型溢流阀，阀芯是锥阀，用来控制压力;主阀阀芯是滑阀，用来控制溢流流量。其工作原理如图2所示，压力油p经进油口P、通道a进入主阀芯5底部油腔A，并经节流小孔b进入上部油腔，再经通道C进入先导阀右侧油腔B，给锥阀3以向左的作用力，调压弹簧2给锥阀以向右的弹簧力。当油液压力p增大，使作用于锥阀上的液压作用力大于弹簧2的弹簧力时，先导阀开启，油液经通道e、回油口O流回油箱。这样，在系统压力超过调定压力时，溢流阀溢油，不超过时则不溢油，起到限压、溢流作用。

三、液压系统中溢流阀常见故障诊断

溢流阀在使用中，常见的故障有噪声、振动、阀芯径向卡紧和调压失灵等故障。

（一）噪声和振动

溢流阀的噪声有流速声和机械声二种。流速声中主要由油液振动、空穴以及液压冲击等原因产生的噪声。机械声中主要由阀中零件的撞击和磨擦等原因产生的噪声。

（1）压力不均匀引起的噪声

先导型溢流阀的先导阀部分是一个易振部位如图2所示。在高压情况下溢流时，先导阀的轴向开口很小，过流面积很小流速很高，可达200米/秒，易引起压力分布不均匀，使锥阀径向力不平衡而产生振动。另外锥阀和锥阀座加工时产生的椭圆度、导阀口的脏物粘住及调压弹簧变形等，也会引起锥阀的振动。

由于有弹性元件（弹簧）和运动质量（锥阀）的存在，构成了一个产生振荡的条件，而导阀前腔又起了一个共振腔的作用，所以锥阀发生振动后易引起整个阀的共振而发出噪声，发生噪声时一般多伴随有剧烈的压力跳动。

（2）空穴产生的噪声

当由于各种原因，空气被吸入油液中，或者在油液压力低于大气压时，溶解在油液中的部分空气就会析出形成气泡，这些气泡在低压区时体积较大，当随油液流到高压区时，受到压缩，体积突然变小或气泡消失;反之，如在高压区时体积本来较小，而当流到低压区时，体积突然增大，油中气泡体积这种急速改变的现象。气泡体积的突然改变会产生噪声，又由于这一过程发生在瞬间，将引起局部液压冲击而产生振动。先导型溢流阀的导阀口和主阀口，油液流速和压力的变化很大，很容易出现空穴现象，由此而产生噪声和振动。

（3）液压冲击产生的噪声

先导型溢流阀在卸荷时，会因液压回路的压力急骤下降而发生压力冲击噪声。愈是高压大容量的工作条件，这种冲击噪声愈大，这是由于溢流阀的卸荷时间很短而产生液压冲击所致在卸荷时，由于油流速急剧变化，引起压力突变，造成压力波的冲击。压力波是一个小的冲击波，本身产生的噪声很小，但随油液传到系统中，如果同任何一个机械零件发生共振，就可能加大振动和增强噪声。所以在发生液压冲击噪声时，一般多伴有系统振动。

（4）机械噪声

先导型溢流阀发出的机械噪声，一般来自零件的撞击和由于加工误差等产生的零件磨擦。在先导型溢流阀发出的噪声中，有时会有机械性的高频振动声，一般称它为自激振动声。这是主阀和导阀因高频振动而发生的声音。它的发生率与回油管道的配置、流量、压力、油温（粘度）等因素有关。一般情况下，管道口径小、流量少、压力高、油液粘度低，自激振动发生率就高。减小或消除先导型溢流阀噪声和振动的措施，一般是在导阀部分加置消振元件。消振套一般固定在导阀前腔，即共振腔内，不能自由活动。

在消振套上都设有各种阻尼孔，以增加阻尼来消除震动。另外，由于共振腔中增加了零件，使共振腔的容积减小，油液在负压时刚度增加，根据刚度大的元件不易发生共振的原理，就能减少发生共振的可能性。消振垫一般与共振腔活动配合，能自由运动。消振垫正反面都有一条节流槽，油液在流动时能产生阻尼作用，以改变原来的流动情况。由于消振垫的加入，增加了一个振动元件，扰乱了原来的共振频率。共振腔增加了消振垫，同样减少了容积，增加了油液受压时的刚度，以减少发生共振的可能性。

在消振螺堵上设有蓄气小孔和节流边，蓄气小孔中因留有空气，空气在受压时压缩，压缩空气具有吸振作用，相当于一个微型吸振器。小孔中空气压缩时，油液充入，膨胀时，油液压出，这样就增加了一个附加流动，以改变原来的流动情况。故也能减小或消除噪声和振动。

另外，如果溢流阀本身的装配或使用权用不当，也都会造成振动，产生噪声。如三节同心式溢流阀，装配时三节同心配合不当，使用时流量过大或过小，锥阀的不正常磨损等。在这种情况下，应认真检查调整，或更换零件。

（二）阀芯径向卡紧

因加工精度的影响，造成主阀芯径向卡紧，使主阀开启不上压或主阀关闭不卸压，另因污染造成径向卡紧。

（三）调压失灵

溢流阀在使用中有时会出现调压失灵现象。先导型溢流阀调压失灵现象有二种情况：一种是调节调压手轮建立不起压力，或压力达不到额定数值;另一种调节手轮压力不下降，甚至不断升压。出现调压失灵，除阀芯因种种原因造成径向卡紧外，还有下列一些原因：

（1）主阀体阻尼器堵塞，油压传递不到主阀上腔和导阀前腔，导阀就失去对主阀压力的调节作用。因主阀上腔无油压力，弹簧力又很小，所以主阀变成了一个弹簧力很小的直动型溢流阀，在进油腔压力很低的情况下，主阀就打开溢流，系统就建立不起压力。

压力达不到额定值的原因，是调压弹簧变形或选用错误，调压弹簧压缩行程不够，阀的内泄漏过大，或导阀部分锥阀过度磨损等。

（2）阻尼器堵塞，油压传递不到锥阀上，导阀就失去了支主阀压力的调节作用。阻尼器（小孔）堵塞后，在任何压力下锥阀都不会打开溢流油液，阀内始终无油液流动，主阀上下腔压力一直相等，由于主阀芯上端环形承压面积大于下端环形承压面积，所以主阀也始终关闭，不会溢流，主阀压力随负载增加而上升。当执行机构停止工作时，系统压力就会无限升高。除这些原因以外，尚需检查外控口是否堵住，锥阀安装是否良好等。

（四）其它故障

溢流阀在装配或使用中，由于O形密封圈、组合密封圈的损坏，或者安装螺钉、管接头的松动，都可能造成不应有的外泄漏。

如果锥阀或主阀芯磨损过大，或者密封面接触不良，還将造成内泄漏过大，甚至影响正常工作。

四、总结体会

液压系统中溢流阀的故障是不可见的、是随机的、偶然性的，对于常见的溢流阀故障诊断，要进行系统的总结;在使用过程中遇到相似的故障，就可针对性的，快速的诊断出溢流阀故障点，提高诊断效率。

参考文献：

[1]王建军.《液压与气压传动项目式教程》.中国科学技术大学出版社.2014.8.

[2]黄志坚.《液压元件使用与维修150例》.中国电力出版社.2010.8.

[3]黄志坚，袁周.《液压设备故障诊断与监测实用技术》.机械工业出版社.2005.7.

[4]丁响林.《液压与气压实训指导》.中国科学技术大学出版社.2019.2.

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