關鍵詞： 二通插裝閥； 換輥裝置； 故障分析； 優(yōu)化
某萬能軋機換輥裝置， 其橫移由一只液壓缸推動， 裝置需要在Ａ、Ｂ 兩個換輥位置作較長時間的位置保持， 以保證新舊輥系的順利推入和拉出， 換輥位置由行程開關檢測。
1、原設計液壓控制回路
原設計的液壓控制回路如圖１ 所示： 液壓缸采用比例方向閥控制， 以滿足快速２００ ｍｍ／ｓ、慢速１００ｍｍ／ｓ、定位速度２０ ｍｍ／ｓ 的工藝動作速度要求， 同時， 在比例閥Ｂ 位采用了特殊閥口形式， 以實現液壓缸伸出的差動控制， 達到節(jié)能目的； 在比例閥與油缸之間設置液控單向閥， 以實現停位時位置保持； 針對液壓缸通徑大、速度快、流量較大（無桿腔達９６５Ｌ／ｍｉｎ） 的特點， 液控單向閥采用了二通插裝閥形式， 所有元件均為進口產品。
圖１ 中， 元件１ 為比例方向閥， 元件２ 和６ 為插裝閥， 元件３ 和５ 為蓋板， 電磁換向閥４暢１ 和４暢２ 用于控制插裝閥的通斷， 其先導控制油Ｘ 從壓力油路Ｐ引入。
2、二通插裝閥的組成及基本原理
如圖２ 所示， 二通插裝閥主要包括控制蓋板１ 和插件２ （由圖中紅線框以內元件組成）。插件２ 主要包括閥套３、閥座４、復位彈簧５［１］ 。
圖１ 原液壓回路圖
圖２ 二通插裝閥典型結構圖
二通插裝閥的驅動取決于壓力。對閥的驅動， 有３ 個重要的承壓面積A１、A２ 、A３ ， A１ 為閥座的面積， A３ 為彈簧腔控制油作用面積， A２ 為環(huán)形面積， A２ ＝A３ －A１ 。其中： 面積A１ 和A２ 的液壓油壓力作用在閥開啟方向， 面積A３ 的控制油壓力和彈簧力作用在閥關閉方向， 合成力的有效方向（開啟力或關閉力）決定了二通插裝閥的開關狀態(tài)［２－３］ 。
合成力公式為：
3、工作原理及故障現象
圖１ 所示的液壓回路的工作原理為： 首先， 換向閥４暢１ 和４暢２ 電磁鐵ａ 得電加載， 控制油Ｘ 被切斷，此時插件彈簧腔與泄油管路Ｙ 連通。此時， 如果比例方向閥１ 得到正的指令信號， 作用于插件２ 的合力ΣF ＞０， 座閥打開， 壓力油由Ａ 到Ｂ 流動， 到達液壓缸無桿腔， 同時， 有桿腔壓力pＢ２ 上升， 作用于插件６ 的合力ΣF ＞０， 座閥打開， 油流從Ｂ 到Ａ，液壓缸伸出； 相反地， 如果比例方向閥１ 得到負的指令信號， 油流方向相反， 液壓缸縮回。其次， 當液壓缸達到Ａ 或Ｂ 兩個換輥位置時， 行程開關發(fā)訊， 比例電磁鐵得到中位信號， 換向閥４暢１ 和４暢２ 電磁鐵ａ斷電， 控制油Ｘ 與插件彈簧腔聯(lián)通， pＡ１和pＡ２ 壓力近似為零， 此時， 插件受到的合力ΣF ＜０， 油口Ａ無泄漏關閉， 理論上， 液壓缸停止運動并會長時間保持在停止位置。
但在調試時， 不能實現要求的長時間位置保持功能。在電氣控制液壓缸停止后， 液壓缸很快就出現緩慢前伸的現象， 并一直持續(xù)。一段時間后， 平臺位置超差報警， 自動換輥失敗。
4、故障分析及優(yōu)化
從原理上分析， 此故障現象可能是由液壓缸內泄或壓力油進入液壓缸無桿腔而產生。作者采取了以下步驟來進行排查：
首先， 關閉球閥８， 液壓缸停止運動， 排除了液壓缸內泄原因； 然后， 在液壓缸緩慢前進時， 測量液壓缸兩腔壓力， pＢ１ 和pＢ２ 均緩慢上升， 這表明有壓力油同時進入了液壓缸兩腔管道。從圖１ 可知， 有以下幾種可能會造成此情況： （１） 比例閥未處于中位，壓力油從Ｐ 口進入Ａ 口， 通過插裝閥進入液壓缸；（２） 插裝閥蓋板上的梭閥出現故障， 關閉不嚴， 控制油Ｘ 由此與插裝閥Ｂ 通道聯(lián)通； （３） 插件的控制腔與Ｂ 通道間存在內泄漏。對于可能性一， 根據合成力公式（１）， 由于pＸ ＝p， pＢ ＜pＸ ， A３ ＝A１ ＋A２ ， 此時比例閥即使處于Ｐ 通Ａ 的狀態(tài)， pＡ ＝p， 合力ΣF仍小于０， 插裝閥關閉， Ａ、Ｂ 通道不能連接。對于可能性二， 作者將蓋板上Ｘ 口封堵后， 現象仍存在，不成立。對于可能性三， 由圖２ 可知， 插件的閥套３和閥座５ 之間是滑閥結構， 存在著內泄漏的可能性。經咨詢制造商， 其內泄量能達３２ Ｌ／ｍｉｎ， 但廠家的樣本未做任何說明， 原設計師忽略了這一因素， 從而導致了故障發(fā)生。
原因查出后， 對原控制回路進行優(yōu)化， 如圖３所示。
圖３ 優(yōu)化后液壓回路圖
將插裝閥的Ｂ 通道與比例閥、Ａ 通道與液壓缸相連接。這樣原來的聯(lián)鎖關系和控制模式不發(fā)生改變，液壓缸停位時， 插裝閥Ａ、Ｂ 通道無泄漏關閉， 液壓缸能長時間保持位置， 不產生運動， 而此時插裝閥的控制腔壓力油雖然有部分內泄到Ｂ 通道， 但通過比例閥中位機能， 回到油箱， 對功能不產生影響。從優(yōu)化后使用效果來看， 液壓缸實現了長時間位置保持功能， 原故障徹底消除。
5、結束語
對于大流量系統(tǒng)， 二通插裝閥具有降低液阻和壓力損失、提高系統(tǒng)效率、啟閉靈敏等優(yōu)點， 應用比較廣泛。但在設計時， 要特別注意規(guī)避插裝閥自身缺陷， 準確選擇控制油引入方式和壓力油進出方向， 防止因內部泄漏造成文中出現的故障現象。
參考文獻：
［１］ 高馬達，李宏偉，楊可森．二通插裝閥工作原理及在鍛壓機械中的應用［Ｊ］．液壓氣動與密封，２００２（３）：４５－４６．
［２］ 王慶國，蘇東海．二通插裝閥控制技術［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，２００１．
［３］ 黃人豪．二通插裝閥控制技術［Ｍ］．上海：上海實用科技研究中心，１９８４
