电磁换向阀压力故障的实验研究

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电磁换向阀是液压系统中最常用的元件，安装在系统中实现油路的接通、断开或改变液压油的流动方向，以实现液压执行元件的启动、停止、改变运动方向和运动速度的目的。电磁换向阀的驱动电流可以是直流电，也可以是交流电，直流电磁换向阀的开启时间和关闭时间要比交流电磁换向阀的时间长，但是开关频率基本上是交流电磁换向阀的 2倍，在 4 Hz左右。这种情况在-些普通的诚完全能满足性能要求，不会引发故障，但是在-些特殊的诚，要求换向阀瞬时开关，操作频率很高。-般的高速开关阀具有较高的开关频率，但是通流能力都较小，多级伺服阀能够输出足够的流量，也具有足够的开关频率，但是由于伺服阀的性能要求，其两端的压差很大，而且对系统油液的清洁度要求很高 J，因此都不适合应用。在-般的液压系统中，当要求高压大流量时，首选的还是-般的电磁换向阀。

本文介绍的是镦管机上-种二位四通换向阀，其在工作-段时间后，出现液压腔压力回落的现象，分析其故障原因及提出解决措施。

1 原理和故障分析系统原理(如图 1所示)是-个最基本的阀控缸换向工作系统。在工作时，活塞的运动曲线如图 2所示的位移曲线，可以看出活塞先正向运动，然后在最大位移稍作停留再返回，整个的工作周期很短，要求电磁阀快速通电，然后断电。在电磁阀最开始使用的-段时间内，液压缸内的压力曲线如图 2所示。在活塞位移的77 mm左右设置有-个机械挡块，用以开启另-个执行器的工作，因此也会对活塞的运动产生影响，位移出现短暂的停滞，而由于系统持续供压，所以缸内图：521t8图2 正常情况下缸内压力收稿 日期 ：2013-04-17作者简介 ：葛阳正(1976-)，男，浙江德清人，工程师，本科，主要从事生产技术管理工作。

2013年第6期 液压与气动 127压力会出现-个波峰值。当换向阀工作-段时间后，会突然出现活塞运动变慢的现象，检测缸内压力，如图3所示，在活塞的上升阶段，压力曲线有明显的回落迹象，因此推动活塞运动的液压力减小，运动速度降低，如图4所示。正常情况下，活塞的最大运动速度可达4.35 m/s，而故障情况下仅达3.63 m/s，活塞返回时的活塞速度基本-致。

图3 故障情况下缸内压力图 4 两种情况下 的速 度曲线导致液压缸内压力降低的原因，就是在活塞快速运动时，流入到液压缸内的液压油流量不足以弥补因活塞运动而产生的容积变化，从而引起油液压力下降。

造成流量不足的原因，第-种是由于阀本身的通流能力限制而不能提供更大的流量，第二种是阀口开度减小，减少了流量的供给来源，第三种是由于气穴现象的存在，导致通过阀口的流量饱和，从而抑制流入到缸内的流量 J。针对上述问题，很明显不是由于第-种原因造成的，需要甄别的是后面哪-种原因造成的并加以解决。

2 故障解决措施首先分析阀产生气穴的可能性。在活塞开始运动初期 ，液压缸内的压力很低，而阀的人口压力很高，在25 MPa左右，也就是说阀口两端的压差很大，极易诱发气穴产生 j。气穴产生伴随着气泡的产生和溃灭，极易引起阀体和阀芯的表面损伤，因此判断电磁换向阀是否发生气穴，只要看其阀芯表面即可～电磁阀拆开，观察了其表面并与新阀阀芯进行对比，发现基本上没有差别，完好无损，这从另-个侧面说明气穴没有产生，或者说气穴现象不是造成上述故障的原因，可以判定是由于阀口开度减小的原因了。

对于电磁换向阀来说，其阀口开度在稳态下是恒定的，不会像比例阀或伺服阀-样只开启其中-部分。

所以如果是阀口开度减小的问题，那唯-的原因就是在阀打开后，阀芯又反向运动了。为了分析造成阀芯反向运动的原因，对上述试验台进行了简单的改造，如图5所示。在换向阀与泵站之间连接-个截止阀，如图5中虚线框内所示。具体操作过程如下：开始工作之前，先将截止阀关闭，阻断泵站到电磁阀之间的通路，然后给电磁阀通电，使其工作于正常的工作位置，然后再打开截止阀，活塞开始运动，并在上止点停留-定时间，然后使电磁阀断电，使其 回到最初的工作位置。测试结果发现，此时液压缸内的压力曲线与图 2所示-致，没有出现压力下降的问题。在这种情况下，电磁阀的阀芯已经换向到位，电磁力与弹簧力达到平衡，阀口通路已经打开，此时再打开截止阀使液压油经过电磁阀进入液压缸内，就不会造成阀芯运动趋于关闭的问题了。

图5 故障测试试验台由于镦管机所采用的电磁换向阀是-个二位四通阀，只有-个电磁铁，阀芯回位依靠的是复位弹簧。在电磁阀频繁的快速换向过程中，复位弹簧也-直经历着受压、恢复的过程，弹簧变形超过其材料的弹性变形范围，产生塑性变形。在电磁阀刚开启的瞬间，电磁力较大，推动阀芯打开，而当阀芯运动引起弹簧力增大，由于发生塑性变形的弹簧的弹簧力与位移不再成比例，使得弹簧力大于电磁力，从而引起阀芯关闭。

为解决阀的这个问题，在复位弹簧侧的弹簧外面添加-个垫片，使复位弹簧在开始时就有-个预压缩量，避开其塑性变形段。测试结果显示，问题可以得到解决。但是这种方法的持久性还需要经过长期的试验和持续检验。

为避免继续出现上述问题，或增加复位弹簧的弹簧刚度，或提高弹簧材料的强度，都可以在-定程度上避免上述故障的出现。当然，对油路进行适当的改进，避免电磁阀处于频繁的工作状态才是最行之有效的措施。

128 液压与气动 2013年第6期DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.06.036热轧板厂纵切机组液压站改造设计袁晓东The Reform Design for the Longitudinal Cutting HydraulicStation of Hot Rolled Plate FactoryYUAN Xiao-dong(四川化工职业技术学院，四川 泸州 646000)摘 要：纵切机组是板带生产中的重要设备，纵切液压站主要为整条纵切线机械设备动作提供动力油源。该文结合攀钢热轧板厂纵切机组液压站在使用中存在的问题，提 出了改造泵组的措施，为纵切设备的正常运行提供了有力保障。

关键词：液压站；液压泵；纵切机组中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)06-0128-02引言热轧纵切机组的主要作用是把经热轧后的宽带钢连续纵向剪切成用户所需规格的窄带钢，广泛用于焊管、汽车、压力容器及其他行业。纵切机组是板、带生产不可缺少的设备。攀钢热轧板厂纵切线成品规格为厚度2.0-8.0 mm、宽度 120～1250 mm的优质碳素钢及低合金钢。其纵切机组工艺流程与设备组成包括：上卷小车及存料台--开卷机--开卷机轴头支撑--卷纸机--套筒收集装置--cPc系统--五辊矫直机--切头剪--废料小车--导板台--张力辊--导卫装置-- 圆盘剪--卷边机--活套--多条送头装置--检查台--后张力装置--送料辊--分切剪--EPC装置--转向辊--卷鳃--卷鳃轴头支撑--卸卷小车及存料台--垫纸机--手动打捆机。

纵切机组 自动化系统由 PLC控制系统、HMI系统、工程师站、-体化操作终端、称重系统、通讯网络以及网络打愈等外设组成。

纵切机组自1993年试生产以来，其液压站-直问题不断，严重影响了产品的成材率，给公司造成较大的经济损失。

1 纵切液压站的现状纵切液压站主要为整条纵切线机械设备动作提供动力油源，系统压力为 16 MPa。该液压站虽然于2003年进行过-次整体改造，液压站主泵选用的是恒压变量泵，其型号为 160PCY14-1 B，但使用起来效果依然不收稿 Et期 ：2012-12-17作者简介 ：袁晓东(1969-)，男，四川泸州人，副教授 ，硕士，主要从事液压技术方面的科研和教学工作。

3 结论本文分析了液压镦管机油路中的电磁阀在频繁换向工作中出现的问题，结果表明，虽然阀口两端的压差较大，但是由于阀处于这种情况下的时间很短，因此没有出现气穴现象；而复位弹簧由于频繁的处于压缩、恢复的状态转换而引起塑性变形才是引起故障的原因。

提高电磁阀复位弹簧的刚度和材料强度可以减小故障的出现，油路改进和优化才是解决问题的根本途径。