介紹了液控蝶閥液壓控制系統(tǒng)的工作原理和閥門動作過程。分析了閥門液控系統(tǒng)中存在的緩沖或其他問題引起的閥門啟閉自動跑位的現(xiàn)象，并提出了解決問題的方法和改進(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(diào)整快關(guān)或慢關(guān)的時間，以達(dá)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(zhuǎn)，具有特殊的保護(hù)作用，是水泵機(jī)組和管網(wǎng)運(yùn)行的安全設(shè)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(tǒng)液控蝶閥中的重錘，具有獨(dú)立的液壓控制系統(tǒng)。

2、工作原理

　　液壓系統(tǒng)原理如圖1 所示。

　　(1) 閥門開啟

　　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→系統(tǒng)壓力油P 通過液控單向閥3 進(jìn)入油缸無桿腔，有桿腔的油則通過液控單向閥4 回油箱→閥門處于漸開( 慢開) 狀態(tài)。

　　(2) 閥門關(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)，此時插裝閥5、6 打開，液控單向閥3、4 關(guān)閉→系統(tǒng)壓力油P 通過插裝閥5 進(jìn)入油缸有桿腔，無桿腔的油則通過插裝閥6 回油箱→閥門處于快關(guān)狀態(tài)。

圖1 液壓系統(tǒng)原理

　　(3) 閥門停止

　　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)。此時插裝閥5、6和液控單向閥3、4 都處于關(guān)閉狀態(tài)→系統(tǒng)壓力油P 無法進(jìn)入油缸兩側(cè)，油缸的進(jìn)出油路被封閉→閥門處于全開或任一開度下的靜止?fàn)顟B(tài)。

3、故障分析

　　(1) 閥門開度的自動跑位現(xiàn)象

　　若油路較長，安裝調(diào)試時未徹底排除空氣，油缸兩端會存有大量的空氣。閥門動作時，油缸內(nèi)活塞兩側(cè)的空氣在油源壓力的作用下被壓縮而形成兩個“空氣蓄能器”。當(dāng)閥門動作停止的初時，由于活塞兩側(cè)的壓力不一樣，被壓縮的空氣隨著壓力的重新平衡體積會發(fā)生變化，活塞會自行調(diào)整位置( 自己爬動) 。這種情況下，由于油源P 與油缸兩側(cè)被完全隔斷，所以系統(tǒng)的油壓不會下降。如果系統(tǒng)動作的次數(shù)足夠多，系統(tǒng)中的空氣會排掉很大一部分，但不可能徹底排凈，“爬動”現(xiàn)象仍會輕微存在。

　　當(dāng)閥門開到位后油路被切斷的瞬間，油缸內(nèi)的壓力如圖2 所示。

圖2 油缸內(nèi)的壓力狀態(tài)

　　油缸內(nèi)活塞兩端的壓力會隨著活塞的移動而重新獲得平衡。靜止?fàn)顟B(tài)時的力平衡條件為

　　F1 = F2

　　即P1A1 = P2A2

　　此時P2 = P1D² /( D² - d² )

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

　　根據(jù)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(qiáng)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(dāng)活塞有一側(cè)因泄漏而壓力下降時，另一側(cè)的壓縮空氣體積膨脹( 壓力從P 降到P') 而推動活塞移動的位移量為

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

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

　　(2) 系統(tǒng)壓力損失

　　由于液壓系統(tǒng)中存在類似壓縮空氣的緩沖或其他問題引起的終點(diǎn)( 全開、全關(guān)) 位置自動跑位現(xiàn)象，為了解決該類問題而采取的不適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǘ�引發(fā)新的問題，即系統(tǒng)不能保壓。

　　因全開位置不能鎖定( 存在壓縮空氣) ，而采取更改電路控制程序，使全開停止位的控制等同于開閥過程，即2 個電磁控制閥都帶電，強(qiáng)制閥門仍處于開閥狀態(tài)。開到位后電磁閥2 仍然帶電，與開閥過程相同→快關(guān)回路切斷、且對油壓無影響。但電磁閥2 仍帶電→2 個液控單向閥仍然處于打開狀態(tài)，對系統(tǒng)的保壓就會產(chǎn)生影響，為了便于分析，本處只將對系統(tǒng)保壓有影響的液控單向閥回路單獨(dú)列出進(jìn)行分析( 圖3) 。

圖3 液控單向閥回路分析

　　由于SV 型液控單向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其A 口與X口之間存在一個泄壓通道，在一定壓差下存在相對應(yīng)的泄漏率。從圖3 可看到系統(tǒng)油源P 通過帶電的電磁閥2 進(jìn)入液控單向閥3 的X 口→打開單向閥，油源P 通過液控單向閥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 同時經(jīng)過電磁閥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(tǒng)的油壓會在一定的時間內(nèi)降到啟動壓力，油泵重新啟動。頻繁的啟動在很大程度上增加了油泵和電機(jī)的故障率。

4、解決方法

　　實(shí)施排氣操作。先對油缸進(jìn)行全開全關(guān)的動作10 ～ 50 次( 次數(shù)視情況而定) ，隨后在閥門的啟閉動作過程中，分別將排油一側(cè)的油管最高處的接頭松開作進(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(fù)本動作多次，徹底排完油管內(nèi)的壓縮空氣。

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

　　另外，采用用戶供油的液控蝶閥，一般都是鋼管連接的，一旦固定后拆裝不易，因而通常是松開接頭排氣。由于用戶直接供油的油管路較長，其容積較大，一旦空氣壓縮在內(nèi)，會嚴(yán)重影響閥門動作性能。同時用戶在安排管路的布置時，常有多次轉(zhuǎn)折，致使管路內(nèi)局部存積的氣體不易排出，這種情況應(yīng)特別重視排氣工作。

5、結(jié)語

　　引起液壓系統(tǒng)故障的原因有時候是多層次的，需要靈活運(yùn)用液壓技術(shù)的基本知識，并按可能引起液壓系統(tǒng)故障的原因進(jìn)行逐一排查，最后才能找到問題的所在，并加以解決。在液控蝶閥調(diào)試的時候應(yīng)盡量排除液壓系統(tǒng)中的空氣，減少液壓系統(tǒng)因空氣引起的故障。

參考文獻(xiàn)

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　　〔2〕成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊〔M〕. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2002.