二通插装阀的应用与分析

杨殿宝

一、引言

一个完整的二通插装阀由阀芯、阀套、复位弹簧、密封件、阀盖组成，有部分厂家的制品有插件帽。江苏海门市油威力液压工业有限责任公司的部分插件制品，目前最大为DN125，流量达到12000L/min，插装阀的插入元件工作状态是由作用在主阀芯上的合力控制，是十分典型的两位两通阀。通过典型案例，说明插装阀在实际应用中需要注意的问题。

二、插装阀典型案例

1.插装阀用作单向阀

插件用作单向阀最典型的应用，就是大流量场合下设置在泵的出口保护泵不致反转。图1是设计中经常使用的双泵（恒压泵）供油回路。试验时出现的问题是第一台电机启动后，发现第二台电机自动反转。经供应商现场服务工程师仔细检查和比对，发现管路安装和油路块与原理图相符，即原理没有问题。试验后发现，关闭3.2试验1泵组，一切正常；关闭3.1，试验2泵组也正常；同时关闭3.1和3.2，启动两个泵后，仍然一切正常，但是问题并没有得到解决。根据经验判断，很可能是插件阀盖阻尼孔半堵塞或过小所致。当1泵组启动时输出流量较大，阻尼孔过小会使插件B，X两腔差生较大压差，进而导致2泵组单向插件不能完全关闭处于浮动状态。根据此推断，拆卸插件盖板中阻尼器后再次试验，故障现象消失。只是卸压时听见明显的插件关闭声响（系统流体迅速关闭插件形成机械撞击）。据此试验结果，调整阻尼规格后，声响降低，用户对试验结果非常满意。

此例中，插装阀用作单向阀时有两个注意要点：一是应该选择合适的面积比，并根据所选择插装阀的面积比、系统流量参数选择相对更合理的单向盖板的阻尼器规格；二是控制口一般选择B口，以避免B/X间泄漏（对于保压用单向阀，可考虑采用单独的控制油源）。对于用于换向阀的插装阀这显得非常重要，不建议使用主阀芯带O形圈的插装阀来保证B，X间无泄漏（保证换向阀的机能），因为O形圈用作动密封的寿命非常有限。

2.中密度板压机

图2是公司中密度板压机局部原理图，该部分主要负责快速升压动作。设备运行一段时间后，发现压力严重漂移。检修中工人不慎将主阀芯复位弹簧失落，现场没有原厂备件，只找到基本插件用的弹簧，装上试机发现压力超调量明显增加，导致系统压力传感器连续损坏两只。虽然没有造成更大的损失，但是不得不停产等待备件的购进。待更换备件后，系统压力还是漂移。笔者现场检查发现，该回路中换向阀机能与图纸不符（实物是H形两位换向阀）。经更换备件后试验结果证明，是换向阀泄露较大导致。在此案例中，说明了插装阀用作压力阀时起码有3个注意要点：一是合理地设置盖板的阻尼器；二是优化弹簧性能可以明显改善压力阀的工作稳定性、减小压力波动区间和过渡时间（使用方应对压力阀插件做适当的库存、建议维护中使用原厂配件以保证原有系统性能和参数）；如果压力阀用于保压/安全阀,有电磁信号卸荷时，建议使用电磁球阀，以确保保压效果（因为普通的换向阀是滑阀结构存在不同程度的泄漏量）。

在压力阀特别是溢流阀中，表现其动态性能的主要参数是动态超调量、升压过渡时间、卸压过渡时间、压力稳定情况。同样的道理，用作压力阀的插装阀组合也同样要求在不产生振动和噪声的前提下，具有较短的升压时间、较短的卸荷时间和较小的压力摆动，而影响这些动态参数的只有先导阀和插件的质量。从溢流阀原理不难发现，图3中溢流阀控制盖板装的阻尼器起到3个作用：建立压差打开主阀（孔的大小决定了主阀芯的开启压力，同时要保证主阀芯不能被泄漏产生的压差打开。一般情况下要保证通过节流孔产生的压差至少是泄漏产生压差的5倍）；开启主阀后减振（节流效果控制阀芯运动速度以减小超调量）；泄压时缓冲（减小冲击以减小噪声和保护系统）。所以科学地选择阻尼器的规格与合理安装才能减少故障和优化系统。

值得注意的是：图2回路中有3个先导级（电磁阀、溢流阀、阻尼盖板）。阻尼器在回路中作用不可小觑，但由经验可知，虽然采用二通插装阀的机器设备寿命相对较高，但先导阀必须定期更换。分体式调压先导随着座阀主级的进步，其稳定性与可靠性已不能适应系统的要求。为此，采用螺纹式插装阀作为先导级势在必行。该技术不但减少了安装空间，也为插装阀的模块化、集成化和规模化生产提供可能性。在实践上，不少液压系统制造商已经取得了良好的经济效益。

3.八流方坯连铸机液压站动力部分

图3是某钢铁厂八流方坯连铸机液压系统中心液压站动力部分局部原理图，主要是实现常闭式减压阀功能（通过换向阀电信号切换实现动力源对系统的通断、减压功能）。新设备在部件、单机、试验中未发现异常，但区域联动、机组联动时发现系统来不及供油，具体表现为流水线动作不连贯。利用排除法拆卸掉主级插件阀芯后发现系统正常，即排除了系统动力源部分供油不足的可能，问题也就直接表现在这个控制部件中；由于控制块关闭正常，可能是阀芯容腔泄油不畅导致，再次利用排除法（拆卸控制泄油量的阻尼、同时恢复主级插件阀芯）后试机发现现象没有得到排除；由于生产原因，只能拆卸主阀芯使用，但没有找到根源，用户反映强烈。在2009年6月大修中回访了该厂，在现场了解了当时的调试过程后得知，用于先导控制的减压阀为 J-F6D-A-1，不但压力等级（20MPa）稍低，在性能方面可能也满足不了控制要求，建议用户找替代品。经多方努力，找到一只力士乐品牌的LFA50DRW2-7X/210控制盖板，功能上与原设计相当，配备相应的螺钉后试验，完全达到设计要求。可以认定，原先导级减压阀升压过渡时间达不到该系统要求或阀芯动作不稳定。

这个案例说明插装阀的效果好坏，不仅取决于插装阀本身，同时直接受到各个先导级的影响，采用二通插装阀与螺纹插装阀配合，辅以较小泄漏甚至零泄漏的电磁阀是目前技术状态下的最优选择。

4.步进机械升降缸控制回路

图4是较为传统的步进机械升降缸控制回路，广泛应用于钢厂步进炉液压系统中，其中的比例阀多选用插件/导阀一体式比例流量阀，如VICKERS品牌的CVU-40EFPI-B29-90-3*，ATOS品牌的LIQZI-TE-*等，2010年笔者在攀成钢厂时有客户反映一套加热炉调试时不能调速（比例流量阀调节失效），排除了机械、电器等方面的原因后最终发现是比例阀插件部分安装孔超长（普通插件的安装孔可以加深到合适位置，加深值用垫块补偿），使比例流量阀的A/B口相通，最终导致该阀功能的失效。

另外，比例/伺服阀宜多选用外控型，回路中对控制油进行先期过滤，以确保元件的使用寿命，对于插装阀较多的系统建议设置单独的控制油源，以确保控制口压力的相对稳定，避免动作紊乱或保压不良等现象的发生。

三、结论

虽然插装阀安装孔较难加工，安装尺寸难以统一，但由于在设计布局上有优势，相对而言体积小、成本低，功能全，液阻力小、通流量大、动作快、泄漏小，减少了安装、配管、泄漏点，正在迅速扩大其适用领域。虽然难以界定插装阀市场份额（品种的汇总难、功能块与阀难以界定），但在多种工程机械、搬运机械、农业机械、木工机械、橡塑业、冶金业已经广泛应用。在常被忽视的工业领域中，插装阀的应用在不断地扩大。特别是在重量和空间限制的场合，传统液压阀束手无策，而插装阀却大显身手。在某些应用场合，插装阀是提高生产力、竞争力和经济效益的唯一选择，特别是在二通插装阀与螺纹插装阀相互影响和快速发展的今天，这一点显得更加突出。

在设计使用插装阀时，要注意控制口、面积比和先导阀的选择，对于插件与先导一体的插装阀（比例插装阀居多）一定要注意油路块的加工。

W11.12-11