液控蝶閥液壓控制系統的故障分析與處理對策

2013-08-14 張耀平江南閥門(mén)有限公司

　　介紹了液控蝶閥液壓控制系統的工作原理和閥門(mén)動(dòng)作過(guò)程。分析了閥門(mén)液控系統中存在的緩沖或其他問(wèn)題引起的閥門(mén)啟閉自動(dòng)跑位的現象，并提出了解決問(wèn)題的方法和改進(jìn)措施。

1、概述

　　液控蝶閥是利用液壓原理進(jìn)行控制和操作的新一代蝶閥，可以調整快關(guān)或慢關(guān)的時(shí)間，以達到合理的效果。對于突然停泵而造成介質(zhì)倒流引起水泵倒轉，具有特殊的保護作用，是水泵機組和管網(wǎng)運行的安全設備。目前液控蝶閥大多采用液壓蓄能器進(jìn)行蓄能，取代了傳統液控蝶閥中的重錘，具有獨立的液壓控制系統。

2、工作原理

　　液壓系統原理如圖1 所示。

　　(1) 閥門(mén)開(kāi)啟

　　電磁鐵E1、E2帶電→插裝閥5、6 因控制油口帶壓而閥芯關(guān)閉、液控單向閥3、4 因控制油帶壓而閥芯打開(kāi)→系統壓力油P 通過(guò)液控單向閥3 進(jìn)入油缸無(wú)桿腔，有桿腔的油則通過(guò)液控單向閥4 回油箱→閥門(mén)處于漸開(kāi)( 慢開(kāi)) 狀態(tài)。

　　(2) 閥門(mén)關(guān)閉

　　電磁鐵E1、E2不帶電→插裝閥5、6 和液控單向閥3、4 的控制油口都處于泄壓狀態(tài)，此時(shí)插裝閥5、6 打開(kāi)，液控單向閥3、4 關(guān)閉→系統壓力油P 通過(guò)插裝閥5 進(jìn)入油缸有桿腔，無(wú)桿腔的油則通過(guò)插裝閥6 回油箱→閥門(mén)處于快關(guān)狀態(tài)。

液控蝶閥液壓控制系統的故障分析與處理對策

圖1 液壓系統原理

　　(3) 閥門(mén)停止

　　E1帶電，E2不帶電。E1帶電→插裝閥5、6 因控制油帶壓而閥芯關(guān)閉，E2不帶電→液控單向閥3、4 的控制油口都處于泄壓態(tài)。此時(shí)插裝閥5、6和液控單向閥3、4 都處于關(guān)閉狀態(tài)→系統壓力油P 無(wú)法進(jìn)入油缸兩側，油缸的進(jìn)出油路被封閉→閥門(mén)處于全開(kāi)或任一開(kāi)度下的靜止狀態(tài)。

3、故障分析

　　(1) 閥門(mén)開(kāi)度的自動(dòng)跑位現象

　　若油路較長(cháng)，安裝調試時(shí)未徹底排除空氣，油缸兩端會(huì )存有大量的空氣。閥門(mén)動(dòng)作時(shí)，油缸內活塞兩側的空氣在油源壓力的作用下被壓縮而形成兩個(gè)“空氣蓄能器”。當閥門(mén)動(dòng)作停止的初時(shí)，由于活塞兩側的壓力不一樣，被壓縮的空氣隨著(zhù)壓力的重新平衡體積會(huì )發(fā)生變化，活塞會(huì )自行調整位置( 自己爬動(dòng)) 。這種情況下，由于油源P 與油缸兩側被完全隔斷，所以系統的油壓不會(huì )下降。如果系統動(dòng)作的次數足夠多，系統中的空氣會(huì )排掉很大一部分，但不可能徹底排凈，“爬動(dòng)”現象仍會(huì )輕微存在。

　　當閥門(mén)開(kāi)到位后油路被切斷的瞬間，油缸內的壓力如圖2 所示。

液控蝶閥液壓控制系統的故障分析與處理對策

圖2 油缸內的壓力狀態(tài)

　　油缸內活塞兩端的壓力會(huì )隨著(zhù)活塞的移動(dòng)而重新獲得平衡。靜止狀態(tài)時(shí)的力平衡條件為

　　F1 = F2

　　即P1A1 = P2A2

　　此時(shí)P2 = P1D² /( D² - d² )

　　因此，只要通路中存在漏點(diǎn)，壓縮空氣就會(huì )迅速泄漏，活塞兩側的壓力會(huì )失去平衡。當一側的壓縮空氣因泄漏而壓力下降時(shí)，另一側被壓縮的空氣就會(huì )如同“空氣蓄能器”一樣釋放能量，推動(dòng)活塞移動(dòng)并達到新的力平衡狀態(tài)。

　　根據玻意耳- 馬略特定律，對于一定質(zhì)量的、溫度不變的理想氣體，其壓強與體積的乘積值為常量，

　　即

　　PV = P'V'

　　由于油缸的截面積A 為定值，V = AL( L 為空氣室的高度) ，則

　　PL = P'L'

　　因此，當活塞有一側因泄漏而壓力下降時(shí)，另一側的壓縮空氣體積膨脹( 壓力從P 降到P') 而推動(dòng)活塞移動(dòng)的位移量為

　　ΔL = L' - L = PL/P' - L = L(P/P' - 1)

　　從分析結果得出，釋放能量的一側腔體( 壓力從P 降到P') 推動(dòng)活塞移動(dòng)的量取決于該側壓力的下降比值，若比值很大時(shí)，出現的位移△L 也將非常大。

　　(2) 系統壓力損失

　　由于液壓系統中存在類(lèi)似壓縮空氣的緩沖或其他問(wèn)題引起的終點(diǎn)( 全開(kāi)、全關(guān)) 位置自動(dòng)跑位現象，為了解決該類(lèi)問(wèn)題而采取的不適當的處理方法而引發(fā)新的問(wèn)題，即系統不能保壓。

　　因全開(kāi)位置不能鎖定( 存在壓縮空氣) ，而采取更改電路控制程序，使全開(kāi)停止位的控制等同于開(kāi)閥過(guò)程，即2 個(gè)電磁控制閥都帶電，強制閥門(mén)仍處于開(kāi)閥狀態(tài)。開(kāi)到位后電磁閥2 仍然帶電，與開(kāi)閥過(guò)程相同→快關(guān)回路切斷、且對油壓無(wú)影響。但電磁閥2 仍帶電→2 個(gè)液控單向閥仍然處于打開(kāi)狀態(tài)，對系統的保壓就會(huì )產(chǎn)生影響，為了便于分析，本處只將對系統保壓有影響的液控單向閥回路單獨列出進(jìn)行分析( 圖3) 。

液控蝶閥液壓控制系統的故障分析與處理對策

圖3 液控單向閥回路分析

　　由于SV 型液控單向閥的結構特點(diǎn)，其A 口與X口之間存在一個(gè)泄壓通道，在一定壓差下存在相對應的泄漏率。從圖3 可看到系統油源P 通過(guò)帶電的電磁閥2 進(jìn)入液控單向閥3 的X 口→打開(kāi)單向閥，油源P 通過(guò)液控單向閥3 的B 口進(jìn)到A 口，因其A 口和X口的油壓基本相等，該閥的A - X 間的竄油可忽略不計。但油源P 同時(shí)經(jīng)過(guò)電磁閥2 進(jìn)入液控單向閥4的X 口，因該單向閥的A - X 間存在較大的壓差( A口直接通油箱) 而源源不斷的在漏油，且漏率大于150mL /min，所以系統的油壓會(huì )在一定的時(shí)間內降到啟動(dòng)壓力，油泵重新啟動(dòng)。頻繁的啟動(dòng)在很大程度上增加了油泵和電機的故障率。

4、解決方法

　　實(shí)施排氣操作。先對油缸進(jìn)行全開(kāi)全關(guān)的動(dòng)作10 ～ 50 次( 次數視情況而定) ，隨后在閥門(mén)的啟閉動(dòng)作過(guò)程中，分別將排油一側的油管最高處的接頭松開(kāi)作進(jìn)一步排氣( 將油管口抬高，直到出油為止) 后再擰緊接頭。重復本動(dòng)作多次，徹底排完油管內的壓縮空氣。

　　液壓系統中的空氣大部分是由于安裝油管的時(shí)候產(chǎn)生的。在實(shí)際的操作過(guò)程中，首先應判斷液壓系統中空氣的量，視具體情況，確定重復操作次數。如對于液壓站與閥門(mén)執行裝置連于一體的液控蝶閥，由于液壓站與閥門(mén)執行裝置的距離相對短，油管內氣體的存積相對較少，油缸進(jìn)行全開(kāi)全關(guān)的動(dòng)作次數10 ～ 20 次即可。對于液壓站與閥門(mén)執行裝置分體布置的液控蝶閥，由于油管與執行裝置是分體布置的，其油管長(cháng)度相對較長(cháng)，油缸進(jìn)行全開(kāi)全關(guān)的動(dòng)作次數應增加。

　　另外，采用用戶(hù)供油的液控蝶閥，一般都是鋼管連接的，一旦固定后拆裝不易，因而通常是松開(kāi)接頭排氣。由于用戶(hù)直接供油的油管路較長(cháng)，其容積較大，一旦空氣壓縮在內，會(huì )嚴重影響閥門(mén)動(dòng)作性能。同時(shí)用戶(hù)在安排管路的布置時(shí)，常有多次轉折，致使管路內局部存積的氣體不易排出，這種情況應特別重視排氣工作。