关键词： 二通插装阀； 换辊装置； 故障分析； 优化

        某万能轧机换辊装置， 其横移由一只液压缸推动， 装置需要在Ａ、Ｂ 两个换辊位置作较长时间的位置保持， 以保证新旧辊系的顺利推入和拉出， 换辊位置由行程开关检测。

        1、原设计液压控制回路

        原设计的液压控制回路如图１ 所示： 液压缸采用比例方向阀控制， 以满足快速２００ ｍｍ／ｓ、慢速１００ｍｍ／ｓ、定位速度２０ ｍｍ／ｓ 的工艺动作速度要求， 同时， 在比例阀Ｂ 位采用了特殊阀口形式， 以实现液压缸伸出的差动控制， 达到节能目的； 在比例阀与油缸之间设置液控单向阀， 以实现停位时位置保持； 针对液压缸通径大、速度快、流量较大（无杆腔达９６５Ｌ／ｍｉｎ） 的特点， 液控单向阀采用了二通插装阀形式， 所有元件均为进口产品。

        图１ 中， 元件１ 为比例方向阀， 元件２ 和６ 为插装阀， 元件３ 和５ 为盖板， 电磁换向阀４畅１ 和４畅２ 用于控制插装阀的通断， 其先导控制油Ｘ 从压力油路Ｐ引入。

        2、二通插装阀的组成及基本原理

        如图２ 所示， 二通插装阀主要包括控制盖板１ 和插件２ （由图中红线框以内元件组成）。插件２ 主要包括阀套３、阀座４、复位弹簧５［１］ 。

         图１　原液压回路图

        图２　二通插装阀典型结构图

        二通插装阀的驱动取决于压力。对阀的驱动， 有３ 个重要的承压面积A１、A２ 、A３ ， A１ 为阀座的面积， A３ 为弹簧腔控制油作用面积， A２ 为环形面积， A２ ＝A３ －A１ 。其中： 面积A１ 和A２ 的液压油压力作用在阀开启方向， 面积A３ 的控制油压力和弹簧力作用在阀关闭方向， 合成力的有效方向（开启力或关闭力）决定了二通插装阀的开关状态［２－３］ 。

        合成力公式为：

        3、工作原理及故障现象

图１ 所示的液压回路的工作原理为： 首先， 换向阀４畅１ 和４畅２ 电磁铁ａ 得电加载， 控制油Ｘ 被切断，此时插件弹簧腔与泄油管路Ｙ 连通。此时， 如果比例方向阀１ 得到正的指令信号， 作用于插件２ 的合力ΣF ＞０， 座阀打开， 压力油由Ａ 到Ｂ 流动， 到达液压缸无杆腔， 同时， 有杆腔压力pＢ２ 上升， 作用于插件６ 的合力ΣF ＞０， 座阀打开， 油流从Ｂ 到Ａ，液压缸伸出； 相反地， 如果比例方向阀１ 得到负的指令信号， 油流方向相反， 液压缸缩回。其次， 当液压缸达到Ａ 或Ｂ 两个换辊位置时， 行程开关发讯， 比例电磁铁得到中位信号， 换向阀４畅１ 和４畅２ 电磁铁ａ断电， 控制油Ｘ 与插件弹簧腔联通， pＡ１和pＡ２ 压力近似为零， 此时， 插件受到的合力ΣF ＜０， 油口Ａ无泄漏关闭， 理论上， 液压缸停止运动并会长时间保持在停止位置。

        但在调试时， 不能实现要求的长时间位置保持功能。在电气控制液压缸停止后， 液压缸很快就出现缓慢前伸的现象， 并一直持续。一段时间后， 平台位置超差报警， 自动换辊失败。

        4、故障分析及优化

        从原理上分析， 此故障现象可能是由液压缸内泄或压力油进入液压缸无杆腔而产生。作者采取了以下步骤来进行排查：

        首先， 关闭球阀８， 液压缸停止运动， 排除了液压缸内泄原因； 然后， 在液压缸缓慢前进时， 测量液压缸两腔压力， pＢ１ 和pＢ２ 均缓慢上升， 这表明有压力油同时进入了液压缸两腔管道。从图１ 可知， 有以下几种可能会造成此情况： （１） 比例阀未处于中位，压力油从Ｐ 口进入Ａ 口， 通过插装阀进入液压缸；（２） 插装阀盖板上的梭阀出现故障， 关闭不严， 控制油Ｘ 由此与插装阀Ｂ 通道联通； （３） 插件的控制腔与Ｂ 通道间存在内泄漏。对于可能性一， 根据合成力公式（１）， 由于pＸ ＝p， pＢ ＜pＸ ， A３ ＝A１ ＋A２ ， 此时比例阀即使处于Ｐ 通Ａ 的状态， pＡ ＝p， 合力ΣF仍小于０， 插装阀关闭， Ａ、Ｂ 通道不能连接。对于可能性二， 作者将盖板上Ｘ 口封堵后， 现象仍存在，不成立。对于可能性三， 由图２ 可知， 插件的阀套３和阀座５ 之间是滑阀结构， 存在着内泄漏的可能性。经咨询制造商， 其内泄量能达３２ Ｌ／ｍｉｎ， 但厂家的样本未做任何说明， 原设计师忽略了这一因素， 从而导致了故障发生。

        原因查出后， 对原控制回路进行优化， 如图３所示。

        图３　优化后液压回路图

        将插装阀的Ｂ 通道与比例阀、Ａ 通道与液压缸相连接。这样原来的联锁关系和控制模式不发生改变，液压缸停位时， 插装阀Ａ、Ｂ 通道无泄漏关闭， 液压缸能长时间保持位置， 不产生运动， 而此时插装阀的控制腔压力油虽然有部分内泄到Ｂ 通道， 但通过比例阀中位机能， 回到油箱， 对功能不产生影响。从优化后使用效果来看， 液压缸实现了长时间位置保持功能， 原故障彻底消除。

        5、结束语

        对于大流量系统， 二通插装阀具有降低液阻和压力损失、提高系统效率、启闭灵敏等优点， 应用比较广泛。但在设计时， 要特别注意规避插装阀自身缺陷， 准确选择控制油引入方式和压力油进出方向， 防止因内部泄漏造成文中出现的故障现象。

        参考文献：

        ［１］ 高马达，李宏伟，杨可森．二通插装阀工作原理及在锻压机械中的应用［Ｊ］．液压气动与密封，２００２（３）：４５－４６．

        ［２］ 王庆国，苏东海．二通插装阀控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．

        ［３］ 黄人豪．二通插装阀控制技术［Ｍ］．上海：上海实用科技研究中心，１９８４