液體流過閥芯閥體間的縫隙時，作用在閥芯上的徑向力使閥芯卡住，叫做液壓卡緊。液壓元件出現液壓卡緊時，會對閥的工作性能產生很大影響。輕度的液壓卡緊，使液壓元件內的相對移動件(如閥芯、葉片、柱塞、活塞等)運動時的摩擦阻力增大，造成動作遲緩，甚至動作錯亂的現象;嚴重的液壓卡緊，使液壓元件內的相對移動件完全卡住，不能運動，造成不能動作(如換向閥不能換向，柱塞泵柱塞不能運動而不能實現吸油和壓油等)的現象，手柄的操作力增大。筆者對推土機的液壓系統故障調查發現，由控制閥卡緊引起的故障超過22%，而其維修用時占維修總用時的20%以上。有效避免液壓卡緊現象，可降低維修費用，極大地提高工作效率。

　　1液壓卡緊現象的成因分析

　　1.1徑向力不平衡引起的液壓卡緊


　　產生液壓卡緊的主要原因是滑閥副幾何形狀誤差和同軸度變化引起的徑向不平衡液壓力，此液壓力引起液壓卡緊。閥芯上產生徑向不平衡液壓力(或稱液壓側向力)的各種情形，見圖1所示。


　　圖1中的a圖為閥芯與閥孔無幾何形狀誤差，軸心線平行但不重合的情況。這種情況下閥芯周圍間隙內壓力分布是線性的(圖中A1和A2線所示)，且各方向相等，因此閥芯上不會產生徑向不平衡力。


　　圖1中的b圖為閥芯因加工誤差而帶有倒錐(錐部大端朝向高壓腔)，閥芯與閥孔軸線平行但不重合，即有偏心。閥芯受到徑向不平衡力的作用(圖中曲線A1和A2間的陰影部分)，使偏心距越來越大，直到閥芯與閥孔接觸為止，這時徑向不平衡力達到最大值，甚至產生了干摩擦。


　　圖1中的c圖為閥芯帶有順錐，閥芯與閥孔軸線平行，并有偏心。雖然閥芯受到不平衡力的作用，但這種力使閥芯與閥空間的偏心距減小，使徑向不平衡力減到最小值，即可以使閥芯自動定心。


　　圖1中的d圖為閥芯與閥孔無幾何形狀誤差，但由于安裝等原因，閥芯在閥孔中傾斜，徑向不平衡力和轉矩都比較大。


　　圖1中的e圖為閥芯高壓端有局部突起(磕碰、毛刺或雜質附于閥芯上)，這時突起部分背后的液流造成較大的壓降，使閥芯受到不平衡液壓力，這種力作用結果是把閥芯突起部分推向孔壁。






　　通過分析，我們可以看到閥芯帶有倒錐、閥芯在閥孔中傾斜及閥芯高壓端有局部突起這三種情況會引起徑向不平衡液壓力，從而引起液壓卡緊。


　　1.2閥芯、閥孔加工質，差徑向不平衡力與滑閥副幾何形狀誤差和同軸度有關，而這些誤差與加工質量有密切關系，各種幾何形狀誤差的形成原因如下:


　　(1)由于機床主軸回轉卡盤與尾頂尖不同軸，或刀架、砂輪架切削行走軌跡與工件回轉軸心線不平行，加工的閥芯有錐度，當錐度大端在高壓腔，便形成液壓卡緊。


　　(2)閥芯熱處理后，沒有時效處理，時間一長，內應力釋放而變形，產生阻力。


　　(3)閥芯(閥孔)軸向拉毛而產生徑向不平衡液壓力。


　　(4)閥芯銳邊因磕碰形成突起，而產生液壓力矩，使突起部分壓向閥孔。


　　(5)閥芯臺肩環形槽是在熱處理前加工的，閥芯熱處理后再精加工，有可能使環形槽深淺不一致，而產生徑向不平衡液壓力。


　　(6)閥芯臺肩的環形端面與軸線垂直度誤差大，易產生閥芯轉動力矩，若閥芯與閥孔間隙較小，閥芯容易卡住。


　　1.3油液中極性分子的吸附作用


　　不平衡徑向力使閥芯向閥孔一邊靠近，因而產生阻礙閥芯運動的摩擦力。間隔一段時間后，軸向卡緊力突然增大，甚至在卸壓后仍緊密地粘附在孔壁上，這是由于油液中的極性分子(如油性的酸類物質)堵塞所致。在高壓下，軸向卡緊力總是迅速產生(高壓下停留8-60s)，然后趨向一最大值。卸壓后，軸向卡緊自然消失的時間比形成的時間稍長。


　　1.4滑閥移動時的附加阻力


　　與徑向力產生的同時，有時閥芯或閥套在工作壓力下產生彈性變形的附加阻力，以及在閥芯和閥套間隙中液體邊界層產生的附加阻力。這些阻力使閥芯運動產生軸向卡緊。


　　1.5油液中雜質楔人配合間隙


　　由于油液污染，固體顆粒堵塞或淤積在滑閥間隙內，導致液壓卡緊、操作失靈，并可能引發事故。由于液壓元件受污染物的磨損和侵蝕，致使摩擦副摩擦變形，產生不同心度，也會發生液壓卡緊。油液中雜質顆粒有效直徑大于10μm會對摩擦副產生磨損，而大于15μm的雜質顆粒會直接導致卡死。即使液體相對純凈，長時間的運行，也會使摩擦副零件出現不同心的現象，形成圓錐環形間隙，引起液壓卡緊現象。


　　1. 6干式電磁閥上的電磁推桿偏斜


　　干式電磁換向閥上的電磁鐵推桿采用動密封，摩擦阻力較大，且閥芯兩端有中心孔，若中心孔大而推桿尺寸小，推桿插人閥芯中孔后傾斜，使閥芯移動不靈活，甚至不能換向而卡死。從液壓卡緊現象中可知，液壓卡緊力是造成液壓卡死的內在原因。


　　1.7系統工作參數偏高


　　系統工作壓力偏高，使磨損加劇，使閥芯、閥體產生形狀誤差，閥的泄漏增大，引起油液和閥的溫升偏高。閥芯處于高溫的油液中，溫升速度遠大于閥體(閥塊)，使得配合間隙減小，甚至發生卡緊。系統工作流量偏大，閥從通到斷、從斷到通換向時，由于液動力對閥芯有很大的沖擊，使閥芯偏離中心位置，產生液壓卡緊。


　　2消除液壓卡緊的措施


　　2.1開均壓槽


　　由于加工圓柱體或閥套缸筒等內孔時不可能絕對無錐度，又由于圓柱滑動副間隙中，除了少數特例外，流體往往不可能固定單一的流向，所以卡緊力是客觀存在的，我們只能采取措施減小它。其中簡單而行之有效的方法是在圓柱體上或閥套缸筒等內孔開平衡壓強的槽(均壓槽)。因為既然產生液壓卡緊力的原因是圓柱體上壓強分布不均勻，則開了均壓槽就能使圓柱體上不同壓強區互相溝通，使壓強分布趨于均勻，這個問題就得到解決。根據實踐證明，在閥芯上開一條槽可使卡緊力減小到無均壓槽的58%，開三條槽可降到24%。這就是滑閥閥芯和某些柱塞上都開有環狀槽的道理。必須指出除液壓卡緊力外，油中臟物卡在間隙中也必然使滑閥卡住，所以液壓用油的濾清，應特別重視。閥芯上開了均壓槽也有利于把臟物刮藏在槽內，槽的邊緣應保持銳邊，以防止臟物顆�？ㄈ碎g隙中。


　　2. 2改進設計方法


　　(1)可以將閥芯適當部位加工成錐形，將閥芯沿高壓側向低壓側方向做成微小順錐度，即小端在高壓側，大端在低壓側，直徑只差1-3μm。這時閥芯對閥孔中心有自行調整的性能，使阻力減小。但這種方法工藝復雜。


　　(2)由干式電磁鐵改為濕式電磁鐵，電磁鐵的推桿由動密封改為端面靜密封，摩擦阻力減小，閥芯移動靈活。


　　2. 3利用“顫振”減小卡緊力


　　使柱體與套之間產生某種微小位移的“顫振”運動，這可以比較有效地消除庫倫摩擦，使柱體處于摩擦力較小的動摩擦狀態，并且可以防止柱體由于停留時間過長而產生卡緊力。


　　對于采用電一機械轉換器作為控制器件的電液伺服閥、電液比例閥，這是一種普遍采用的方法。在輸人的控制信號上疊加一個頻率為50-200Hz，幅值不超過額定電流20%的正弦或其他波形的顫振電流，就可以獲得滿意的效果。


　　2. 4提高機加工和裝配質.


　　具體包括:①盡可能減小熱處理的變形量。對于細長閥芯用20C:鋼，熱處理后的變形小，且能較長時間保持閥芯的原有尺寸;②閥芯類零件的中心孔幾乎是所有加工工序的工藝基準，熱處理后的中心孔在精加工前一定要仔細研磨修整，以獲得較高的表面質量和較小的形位誤差;③精加工后應仔細消除毛刺，銳邊倒鈍。保證銳邊的部位不應倒角和修圓，以免影響軸向尺寸，如伺服閥中的控制邊等;④修復閥孔精度時一般采用研磨和琦磨。閥孔成批加工時，采用金剛石鉸刀，可以提高形位精度及尺寸精度;⑤結合面各連接螺釘的緊固力應均勻，以免組合螺栓預緊力過大;⑥嚴格執行裝配工藝規程。實測各相配件的尺寸和形位誤差，根據要求選配間隙;⑦嚴格控制閥芯和閥孔的制造精度，一般閥芯的圓度和圓柱度控制在0.003mm。


　　2. 5提高油液清潔度，防止油液污染


　　維護保養要嚴格執行各項制度和規程。提高油液清潔度，防止油液污染，對普通控制閥，要求油液的過濾精度不低于0.03mm。


　　3結語


　　液壓系統中液壓換向閥滑閥的液壓卡緊現象是共性問題，不僅換向閥有，其它液壓控制閥也存在。只要我們制定一些相關的技術，如在閥芯或閥孔上開均壓槽、利用柱體的錐度來獲得對中力以及使滑動副產生“顫振”運動等措施限制其配合間隙、偏心量及徑向不平衡壓力等主要影響因素，就可以減少甚至消除液壓卡緊現象。