液压系统及插装阀知识讲座

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1、液压系统及插装阀知识讲座通裕集团公司的12.5MN与31.5MN锻造液压机均为全液压（油压）传动的锻造机械。电气采用可编程序控制器（PLC）。这两台机器的传动与控制都是比较先进的。一台机器能否长期可靠的使用，除了主机的制造质量，安装的水平之外，还要看液压系统及电控系统的质量、可靠性。当然及时地良好地维护是十分重要的。为了帮助使用及维修人员更好地了解这两台机器,这里对压机的液压系统及其主要液压元件进行简单地介绍，并对液压系统常见故障进行分析。许多问题还要靠使用人员在现场观察,总结出实用的经验。这里只想起到基础性的普及教育作用。1、系统压力。12.5MN压机的系统压力为25Mpa，31.5MN压机

2、的系统压力为21Mpa。这种压力属高压，密封应可靠，工作中泄漏是可能发生的，因此工作时，人员应避开可能发生泄漏的地点，注意防止人身伤害。2、系统介质。系统介质采用的是矿物油，具体牌号为YN46。对任何一个液压系统而言，对油液都有如下要求。2.1 油液一定要干净，对液压系统来讲，油液越干净，系统发生故障的可能性就越少，液压元件的使用寿命就越长。各种不同的液压系统对油液的清洁度有不同的要求。油液的清洁度有专门的国家标准。我们这个系统应用1015的过滤器过滤。2.2 油液的温度。机器频繁的工作，加压。液压系统必然会发热，当自然散热能力小于发热能力时，油液温度会不断升高。液压系统油液的工作温度应当小于

3、摄氏55度。高于这个温度就应该强制进行冷却。温度过高会使油液变质，粘度降低，泄漏增加，液压系统效率也会降低。简单的检查办法就是用手去触摸油箱表面温度，如果烫手，就必须强制冷却，当手摸时，虽然热，但不烫手，就没有问题。当然油液温度过低也不行。当油温低于摄氏15甚至更低时，油泵起动就困难。这时最好先开一台小泵，空转若干时间，油温就会慢慢上升。必要时油箱应设加热器。对北方的工厂来说，这一点也很重要。3、油泵。这两台锻造压机的主要动力源，采用的都是轴向柱塞泵，国内的叫CY泵。这种泵质量好的话，其寿命应当达到或高于10000小时，也就是说，在我们这里工作很频繁的情况下，应该能够工作1年到1年半。否则它的

4、质量就不能说是好的。对这种泵要注意以下事情。3.1 安装要牢固。油泵输出轴与电机轴的同轴度误差应小于0.05 mm，支座孔的垂直度误差应小于0.05mm，对电机轴的径跳也应小于0.05mm。3.2 油泵的吸油管长度要小于2500 mm。3.3 油箱最低油面要高于油泵中心300 mm。3.4 油泵放到油箱上，吸油高度不大于500 mm。3.5 油泵第一次启动前，油泵壳体应注满油液，工作时，壳体泄油管应与油箱连通。我们这两台压机还装了两台25YCY141B油泵。这种泵叫恒功率泵。它在压力低时，P9MPa时，流量最大，当压力超过9MPa时，流量会自动减小，这时流量为油泵额定流量的40%左右。因此这种

5、泵配置的电机功率就小。在这两台液压系统中，对油液清洁要求最严格的当属油泵。因此液压系统工作一个月之后应当用过滤机将全部油液过滤一遍。过滤机的滤芯精度应小于等于10。油液不干净，配油盘和变量头滑靴接触面容易研伤。油泵常见故障：噪音过大或不正常，原因，油泵吸油不充分，吸入口漏气。如果正常运转中，油泵声响突然增大，则必须立即停泵，这可能是柱塞和滑靴铆合松动，或者是配油盘，变量头平面盘研伤。如果单是因为油泵上不到额定压力，这可能是泵体与配油盘之间有脏物，或者是配油盘定位销未装好，致使配油盘与缸体贴合不好。在正常工作中，油泵温升过度，可能是轴承损坏，或者配油盘研伤，或变量头和滑靴研伤。这时也应立即停泵。

6、4、控制阀门改造后，两台压机的主控阀门均不用滑阀而改用插装阀。滑阀与插装阀是目前液压传动系统采用最多、最广泛的两大类阀门。插装阀到70年代末期在国际上才臻于成熟。滑阀的历史就很久了。在液压系统中，小流量的最好采用以滑阀为主的叠加阀，在中型大型流量的系统中应当采用二通插装阀。国内从70年代末期开始研制二通插装阀，到80年代以后逐渐推广。目前高压大流量的系统普遍采用插装阀。插装阀的突出优点是：通流量大、启闭迅速、控制灵活多样，抗污染能力强。与滑阀相比，其缺点是结构较大，比如一个三位四通滑阀，改为插装阀，至少要二套插件，甚至要四套插件，四个电磁阀。4.1 插装阀的工作原理插装阀为锥阀结构，或称座阀，

7、就像单向阀的形状。完整的一套插装阀是由阀杯、阀芯、弹簧、盖板、控门（电磁阀或压力阀等）以及阻尼塞、梭阀等组成（见图1）。它有两个工作腔A和B，一个控制腔X。阀芯头部的锥面与阀杯套孔内的阀座形成阀口，锥阀坐于阀座上，形成密封带，使A与B之间可达到没有泄漏，形成良好的密封。阀杯上设有三道密封圈，可防A、B、X之间泄漏。但X与B之间因配合间隙会有微小泄漏。插装阀的符号，按中国标准，如图所示画法。阀芯的工作状态，是关或是打开，是由作用在阀芯上的合力的方向和大小决定的（见图2）。当不计阀芯质量和阀芯与阀杯之间的摩擦力，阀芯的力的平衡关系式为：F=PxAx-PaAa-PbAb+F1+F2。式中：F 阀芯上

8、作用的合力 Px X腔的压力 Pa A腔的压力 Pb B腔的压力 Ax X腔的工作面积 Aa A腔环状作用面积 Ab B腔的工作面积 F1 弹簧力F2 液动力，它与通过阀口的流量与阀芯开口大小有关，开口较小时，液动力起作用，方向向下，开口大时液动力影响减小。当合力FO时阀芯关闭，当合力FO或为负值，阀芯开启。当F=O时，为过渡过程，阀芯保持在某个原来状态。这个关系式中，三个腔的压力状态起主要作用。插装阀中先导控制油可以为内控，也可以为外控。我们这两台压机用的是内控，当 PxPa时，AB不通 PxPb时，BA不通 PxPa时，AB不通PxPb时，BA通 PxPb时，AB通PxPa时，BA不通 P

9、xPa时，AB通PxPb时，BA通由此可以看出，控制腔X的压力必须始终大于A、B腔的压力，这样才能保证阀芯可靠地关闭，使插入元件作为二位二通阀可靠地切断AB的油路，不受系统工作压力的影响。当在第2、第3种情况下，Px只要等于Pa或Pb腔的某一个压力时，则成为一个单向流动的单向阀。阀芯启闭的速度和时间，主要是由阀芯上作用的合力以及盖板上进出油孔的大小决定的。合力大，孔大，则启闭很快，合力小，则慢，当上下压力平衡时，主要靠弹簧力关闭。有时合力虽大，但盖板有阻尼孔时，也影响关闭速度。作为单向阀开启压力的大小和弹簧有关，一般有24种弹簧可供选择。AB的开启压力一般为0.32.8个压力（kg/cm2）。

10、实际上插装阀的结构有许多细微变化以适应不同的用途。Ax/Aa也有不同的面积比。A型插件的面积比为11.2，这是最基本的，这种结构一般的流向为AB的方向控制阀。B型插件的面积比为11.5，这种插件可AB，也可BA的双向流动。由于这种插件A口直径较A型的小，因而B型插件的流动阻力稍大。阀芯上带阻尼孔的插件，面积比为11.07，这种结构用于压力阀。阀芯头上带缓冲头的，其面积比为11.5，这种结构可AB或BA流动，这种结构换向冲击力小，但流动阻力比B型还大。其它还有许多这里不介绍了。 4.2 插装阀的控制上面讲了二通插装阀的工作原理与基本结构，也说到了一点控制。本节进一步说明插装阀的控制。插装阀的控制

11、主要由其上面的盖板，盖板上面的各种控制阀门，以及盖板上的梭阀及阻尼等实现，不同的控制可使插装阀实现各种不同的机能。这里仅介绍我们系统上用的几种。 单向阀。如图三所示，单向阀只是在出口B处引一控制油到阀芯上X腔。单向阀一般是A型阀芯，只能AB，油流不能反向流动。但也可用B型阀，这时只能从BA，反之A到B是不通的。压机的系统中单向阀用的很多。泵头阀组中都有单向阀。单向阀的盖板上没有控制阀，除非油液不干净，或阀芯卡死，一般这种阀不容易出现故障。因为用了单向阀，即使某台泵不开动，系统中的高压油也反流不到不开的那台泵。否则那台泵就会反转成了油马达了。 液控单向阀液控单向阀由插入件与液控单向阀盖板组成（见

12、图4）。这个盖板上加了一个液控单向元件。其控制小活塞由外控油路控制，其控制压力应大于或等于B腔压力的130%。当控制口X卸压时，AB通，BA不通，这时相当于一个单向阀。当外控油顶开小活塞时，钢球向右，X腔卸压，这时AB，BA均通。 电磁换向阀如图一所示。它是由方向插入元件，电磁阀盖板和先导电磁阀组成。当采用外控油路时，控制压力必须高于系统最大压力，当电磁阀带电，AB通，断电时AB不通。如果采用内控油路时，当B腔压力大于X腔压力时，阀芯不能可靠的关闭，存在反向流动的可能性，这种情况在某些场合是不允许的，为此当采用内控油路，必须在盖板上加一个梭阀，如图五所示。这样当B腔压力高于A腔时，B腔压力使梭

13、阀中的钢球推向另一边，关闭A油源，而B腔与X腔连接，因而照样能可靠的关闭。在我们这两台压机中都应用了这种阀。比如，12.5MN压机中的44号阀、46号阀，即主缸进油阀和回程缸进油阀均是这种结构。从实物的盖板上可明显的看见梭阀所在位置。梭阀是一个钢球，在油压系统中一般不出故障。方向阀为了关闭可靠面积比为11.2。这种方向阀插件一般也很少出故障，当油液太脏时，电磁阀可能被卡着。这时阀芯处于不受控状态，要么是打不开，要么是关不着。像我们工作中出现的故障，阀芯出现裂纹，阀芯被胀开卡着，或是油中出现脏布、手套，这都是极少见的情况。 压力控制阀压力控制阀是一个压力阀插件和一个调压控制盖板组成。如图六所示。

14、压力阀阀芯的面积比为11.07。压力阀阀芯上有一个小的阻尼孔，该孔直径很小，可能为1mm，或稍大。而盖板上装了一个直动式压力阀，靠手柄调节弹簧，调节压力阀的压力。像12.5MN压机系统中的57号阀就是这种阀。这种阀容易出现的故障是小孔堵塞，使阀芯打不开或关不着。还有就是直控压力阀的三角形阀芯没放正，关不严，使大阀关不死。系统压力上不去，或压力上的太高，一般可能是压力阀引起的。在12.5MN系统中，还有一种阀是方向阀和压力阀叠加在一起的方向压力阀，如泵头上的压力阀，既是方向阀，又是压力阀，电磁电不带电，阀芯上腔泄荷，阀芯打开，油泵打空转，电磁铁带电，阀关死，油泵上压，同时在电磁阀下面又串了一个压

15、力阀，接在X口与P口之间。油泵的压力大小，靠压力阀调节。像12.5MN系统中的48号阀，也是方向压力阀，但它与泵头的方向压力阀又不同，它在方向阀下面放了两个压力阀，一个压力阀控制滑块慢下时回程缸中背压大小，一个压力阀控制整个回程回路的压力。这种方向压力阀的插件阀芯上也带节流孔，这也是要注意的地方。 方向节流阀方向节流阀是为了控制流过阀门的流量的，最简单的办法就是控制阀芯开启的大小。像12.5MN系统中的52号阀。如图七所示，这种阀的电磁阀不能放在盖板上面，而是放在旁边，盖板上安装一个可调节的螺杆，用它来限制阀芯的开口大小。12.5MN的快速下降的快慢就是靠调节这个阀的开口大小，决定回程缸的排油

16、快慢来控制滑块的空程下降速度的。这种阀的阀芯是节流插件。 特殊设计的泄压阀组（见系统原理图）在12.5MN和31.5MN两台压机的系统中都有一个特殊设计的泄压阀组。这个阀组是为了适应锻造压机快速大流量，特别是为了频率高的快锻而设计的。快锻时，每分钟锻造次数很多，且不说每分钟60次，甚至100次，就是30次，每次才只有2秒钟。这2秒钟又要加压，又要泄压，又要回程，加压要快，回程也要快，泄压当然也要快。那么大一缸压力油，从高压要很快泄到低压，是一个大难题，太快压机要发生振动，而且振的你根本无法工作。因此，要求在零点几秒的泄压时间里，先是要求慢，以后就尽量快，但一旦卸压到7MPa，大阀一下子就打开了

17、。由于63号阀通径为Dg100，这个阀很大，所以要二级控制，有一个先导级，在先导级与主阀之间又加了许多专有技术，当YV17一带电，65阀打开，65阀开口度可调。65号打开之后，65与63之间的64阀又是一个单向节流阀，为了不让63阀快速打开，要把64阀的节流阀调的适当，这样63阀开始只开一个小缝，当缸内压力降低到7MPa左右时，68号阀换向，使67号阀迅速打开，这时63号阀上腔的又一支路就会不经64节流阀，直接从经67阀，从BA再经65阀很快泄压，这样63阀就快迅打开。这种设计要靠实际工作中去调，只要压机不振动，64、65号阀尽量调大，反之要调小，特别64号阀。快锻时54号阀常开，回程缸与大系

18、统始终接通，只要主缸一泄压，滑块立刻回程。目前由于机械化设施跟不上，没有应用这套技术。 充液阀这两台压机的充液阀为常闭式充液阀。见图八。这种阀，上下分为两部分。下部为充液阀主结构，它是一个弱弹簧，总是使阀关闭。即使静止状态下，上油箱的油也漏不到缸内。但是一旦滑块下降，柱塞下降后缸内形成负压（有一定的真空度）该阀会立即被吸开，这时上油箱的油就会快速充入缸内，滑块快速下降,当滑块走过XK2时滑块由快下转慢下。充液阀会立即被关闭，当滑块走过XK3时滑块转加压。充液阀的上部为一控制油缸，是专门用来在回程前强制打开充液阀的。要注意，当缸内有压力时，充液阀是打不开的，但缸内压力降到一定时，大约3MPa时，

19、充液阀才会被打开。所以回程前主缸要先泄压，这时YV18虽已带电（见12.5MN压机液压系统），充液阀控制油缸已进油，但是充液阀大面积上作用着高压，因而是打不开的。当缸内压力降到适当数值后，充液阀会自然打开的。控制油缸内的大弹簧，是为了让控制活塞快速复位的。充液阀下面有一处导向，是浸在油中，一般是卡不着的，但大阀柄与导向杆是两件组装在一起的，螺帽必须防松，否则是要出问题的。充液阀最可怕的是下面的弹簧断裂。因而这个弹簧是要严格要求与检查的，一旦出了问题，要大拆卸才能处理事故的。5、常见故障的分析液压系统出现故障后要冷静观察各种现象，看看各处的压力表的压力，看看电磁铁是否动作。5.1 首先要区分是液

20、压故障还是电气故障，判定不是电气故障后再拆卸相应的阀门。判断是否是电气故障，先看电磁阀的指示灯亮不亮，如果亮，压机还不动，这时可以用手捅电磁阀看看是否是小电磁阀卡死了。如果一捅压机动了，那当然是小电磁阀卡住了。其次还要记着，如果是机械卡死，你再反复推操作手柄，压机也不会动，但是如果反复推动手柄后，压机会动，那么很可能是哪个电磁铁的继电器吸合不好所造成的，究竟问题在哪里，还要看当时的各种现象进行分析。5.2 压机不上压（滑块没有压力）a. 泵头压力阀是否不上压。由于我们用了许多台泵，不可能都出问题，所以这个可能性较小。但是每台泵还是应该在初期逐台调好压力，以后也应定期校验。比如12.5MN压机的

21、1，3，5号三台泵压力就上不去，这当然就会影响压机的速度。b. 检查57号阀的先导阀及主阀小孔是否有问题。c. 检查63号阀是否未关死。d. 检查充液阀是否卡死。e. 检查44号阀是否未打开。5.3 压机不回程a. 61号阀压力调的是否太低。b. 49号阀、50号阀压力是否调的太低。以上三个阀的压力要调的大于8MPa。c. 46号阀是否未打开。d. 47号先导阀卡死在常进油状态，YV12虽带电，但推不动阀芯，46号阀不卸压，因此46号阀打不开，没有回程。e. 63号阀或充液阀未打开。当油泵上压声音很响，压机回不去时，才应该怀疑63号阀或充液阀，这二者之一只要能打开一个，都是可以回程的。如果回程

22、时，油泵声音上不去，很可能是49、50、61阀的压力调的太低。如果继电器出问题，这时电气柜里的吸合声音也会发生异常。5.4 压机没有快下或慢下a. 59号阀打不开。这是首先要检查的。b. 52号打不开没有快下。c. 51号（50号）阀打不开没有慢下。慢下时，回程缸背压为7MPa，主缸压力为0.7MPa。5.5 移动工作台不动。这主要是73、74、75、76四个阀的问题。具体分析后，容易判断。5.6 压机回程速度达不到要求a. 61号阀压力调的太低。调到压机能回程，拧紧一圈。b. 检查48和49号阀，48应运动灵活不能卡住，阀芯底部小孔不堵塞，49阀小三角应放正。5.7 按加压按钮压机不上压，而

23、按慢下反而上压a. 54号阀没有关紧。加压时52号阀打开放油，油泵打出的油经54，52排回油箱，因此不上压。 为什么54号阀关不紧。（1）. 阀芯伐线处有一小处中短，不密封，上下串压致使阀芯浮动。（2）. 阀盖控制油堵死，阀芯无控制油，致使阀芯关不死。b. 47号先导阀卡死在常卸压态，46号阀打开。油泵打出的油经46，52号阀排回油箱。所以不上压。5.8为什么加压时要等几秒钟（约5秒钟）9月8日大修分析：a. 上油箱油位太低，空行程时充不满油缸，上压时靠油泵打满油后才上压。加高了上油位，问题未解决。b. 空行程速度太快，油缸充不满油。速度放慢后仍不见效。c. 45号阀运动不畅，44号伐开得太慢

24、。45号阀无问题。d. 44号阀是否卡住，伐芯运动不畅。未卡住。e. 充液阀返回受阻，阀杆是否卡住。未卡住f. 充液阀控制油缸反回用弹簧断裂。实际检查的结是充液阀上弹簧断裂，更换新簧，问题消除。空降后基本是连续的，时间不到1秒。 反回时的弹力，开始为5.99Kg/cmxcm,最后为1.31Kg/cmxcm。由于弹力不大，所以仍要稍等才能上压。5.9为什么回程时要等几秒钟（约3秒钟）a 47号阀卡住，YV12虽然吸合，但推不动阀芯，后来慢慢地推动，这才打开46号阀。b 60号阀卡住，59号阀慢慢才能达开。c 62号阀卡住，充液阀慢慢才能打开。d 69号阀卡住，63号阀未打开。5.10为什么回程速

25、度达不到要求。开了8台泵，计算速度V=490mm/s，而实际上速度不到300mm/s。5.11 10月3日故障分析a现象，压机不上压，有空程快下，有回程，没有慢下，加不上压，加压时油泵无上压声响，这时上油箱油位不断升高。b 分析：根据上述现象说明，油泵打出的油到了油缸，不过油又跑掉了，跑油的地方：（1）63号阀几其先导阀；充液阀。c 经拆检，63，65没卡住，但69阀卡住不动，因此63，65阀可能关不死跑油。经修理69不卡，63，65应该能关死。另外充液阀下弹簧短成三节。而且断茬有陈旧性黑色和发白的新茬。说明要么有原缺陷，要么是早就有纹裂，后来又突然断裂。d 结论，由于下簧断裂，充液阀关不死，油液经充液阀返回上油箱，所以压机就上不了压。5.11 10月15日晨3点充液阀上下弹簧均断裂下弹簧中径D=78；d=12；t=27，D/d=6.5;t/d=0.346上弹簧中径D=100；d=19；t=33，D/d=5.26;t/D=0.33规笵 C=D/d=410; t=0.30.5D原因何在姚保森2001年8月12日于山东省禹城通裕集团公司2001年9月29日修改于山东省禹城通裕集团公司2001年10月4日补充于山东省禹城通裕集团公司 2009年5月9日修订于山东省禹城通裕集团公司- 21 -