液压系统及插装阀知识讲座.docx
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液压系统及插装阀知识讲座
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10—15μ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0.05mm,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2500mm。
3.3油箱最低油面要高于油泵中心300mm。
3.4油泵放到油箱上,吸油高度不大于500mm。
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25YCY14—1B油泵。
这种泵叫恒功率泵。
它在压力低时,P≤9MPa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10μ。
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。
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,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:
ΣF=Px×Ax-Pa×Aa-PbAb+F1+F2。
式中:
ΣF阀芯上作用的合力
PxX腔的压力
PaA腔的压力
PbB腔的压力
AxX腔的工作面积
AaA腔环状作用面积
AbB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ΣF>O时阀芯关闭,当合力ΣF<O或为负值,阀芯开启。
当ΣF=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
☆Px>Pa时,A——B不通
Px>Pb时,B——A不通
☆Px=Pa时,A——B不通
Px<Pb时,B——A通
☆Px=Pb时,A——B通
Px<Pa时,B——A不通
☆Px<Pa时,A——B通
Px<Pb时,B——A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A—B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2——4种弹簧可供选择。
A—B的开启压力一般为0.3—2.8个压力(kg/cm2)。
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1∶1.2,这是最基本的,这种结构一般的流向为A→B的方向控制阀。
B型插件的面积比为1∶1.5,这种插件可A→B,也可B→A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1∶1.07,这种结构用于压力阀。
阀芯头上带缓冲头的,其面积比为1∶1.5,这种结构可A→B或B→A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A→B,油流不能反向流动。
但也可用B型阀,这时只能从B→A,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,A→B通,B→A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A→B,B→A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,A—B通,断电时A—B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1∶1.2。
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。
压力阀阀芯的面积比为1∶1.07。
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。
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B→A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,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。
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。
5.1110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。
5.1110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=4~10;t=0.3~0.5D
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