翟海燕，邢紅兵，薛 源

（江蘇匯智高端工程機(jī)械創(chuàng)新中心有限公司，江蘇 徐州221004）

0 引言

液壓元件普遍存在泄漏問(wèn)題，作為小型挖掘機(jī)核心零部件的多路閥亦是如此。

在多路閥的研究中主要研究?jī)?nèi)泄漏。劉繼凱[1]基于公式和仿真模型，指出選取閥芯、閥體材料時(shí)，應(yīng)使閥芯的線膨脹系數(shù)比閥體的線膨脹系數(shù)大，增加閥芯與閥體的間的縫隙長(zhǎng)度、減小偏心量及閥芯直徑均對(duì)減小縫隙間泄漏量有顯著影響；徐龍[2]通過(guò)MATLAB建立內(nèi)泄漏數(shù)據(jù)分析軟件，通過(guò)軟件界面命令的簡(jiǎn)易化操作實(shí)現(xiàn)內(nèi)泄漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)多方面的短暫存儲(chǔ)、疊加和分析，操作方便，功能全面，易于維護(hù)。

綜上所述，學(xué)者對(duì)內(nèi)泄漏的問(wèn)題多集中于工作參數(shù)的影響，而對(duì)于工程實(shí)際應(yīng)用涉及較少。本文作者基于某型小型挖掘機(jī)多路閥開(kāi)發(fā)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的泄漏問(wèn)題及解決驗(yàn)證過(guò)程，分析總結(jié)影響多路閥外泄漏和內(nèi)泄漏的原因并提出解決方案供參考。

本文所涉及的小型挖掘機(jī)多路閥為片式液控先導(dǎo)控制負(fù)載敏感多路閥，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括1個(gè)進(jìn)油聯(lián)1、8個(gè)工作聯(lián)2和1個(gè)尾聯(lián)3共10個(gè)閥片，工作聯(lián)片間安裝有密封4和其他零件，通過(guò)雙頭螺柱5、螺母6將10個(gè)閥片連接成總成多路閥。

圖1 某型小型挖掘機(jī)片式多路閥結(jié)構(gòu)

1 外泄漏

1.1 片間泄漏

片間泄漏是片式多路閥的一個(gè)頑疾，圖2為本文所涉及的小型挖掘機(jī)片式多路閥的工作聯(lián)閥體結(jié)構(gòu)，負(fù)載壓力控制口Lc和反饋口Ls有密封槽安裝有密封圈，高壓腔P和單向閥高壓腔受空間限制無(wú)密封槽，外圈密封槽與T腔相通，可將外圍密封槽內(nèi)擠壓的液壓油引到低壓腔T，外圈密封結(jié)構(gòu)降低了片間泄漏的概率。該型小型挖掘機(jī)片式多路閥在臺(tái)架可靠性驗(yàn)證過(guò)程沖發(fā)現(xiàn)片間有少量滲油，利用魚(yú)骨圖工具，對(duì)可能引起滲油的原因包括O形圈槽深、密封面平面度、密封圈硬度、連接閥片的雙頭螺柱螺母力矩設(shè)定值、力矩的衰減等進(jìn)行梳理并逐一臺(tái)架驗(yàn)證，得到結(jié)論為：在零件滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，片式多路閥連接閥片的雙頭螺柱的同步擰緊可消除片式多路閥片間漏油的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)推薦選擇低壓密封圈硬度為邵爾硬度70度。

圖2 小型挖掘機(jī)片式多路閥的工作聯(lián)閥體結(jié)構(gòu)

1.2 端蓋泄漏

小型挖掘機(jī)多路閥的端蓋材質(zhì)多為鋁合金，其密封型式為軸向密封，端蓋內(nèi)最壓力為3 MPa，但是在臺(tái)架驗(yàn)證過(guò)程中所有16個(gè)端蓋都普遍滲油，通過(guò)對(duì)所有影響因素進(jìn)行梳理并實(shí)際臺(tái)架驗(yàn)證確定端蓋泄漏的影響因素主要有：（1）密封圈硬度為邵爾硬度70度，壓縮率最優(yōu)范圍為23% ～28%；（2）密封圈槽深均勻，誤差不能超過(guò)0.1 mm；（3）端蓋螺釘安裝擰緊力矩，M5螺釘擰緊力矩為11～12 N·m。

1.3 插裝閥和堵頭泄漏

螺紋插裝閥和堵頭均為螺紋安裝件，也是小型挖掘機(jī)多路閥的關(guān)鍵部件，也是外泄漏點(diǎn)之一。螺紋插裝閥的密封型式一般為O形圈密封，堵頭的密封形式一般為O形圈密封和ED密封，其泄漏的根本原因是密封圈損壞。通過(guò)對(duì)早期和中期漏油的零件進(jìn)行分析可得到如下結(jié)論：（1）螺紋安裝件早期漏油為零件裝配時(shí)密封圈已損壞，故建議裝配時(shí)O形圈需涂抹黃油，消除切圈的可能性；裝配ED密封堵頭來(lái)時(shí)ED密封圈必須置于凹槽中，消除裝配時(shí)擠壓損壞風(fēng)險(xiǎn)；（2）中期漏油主要是密封圈老化或螺紋件松動(dòng)或螺紋件擰的過(guò)緊導(dǎo)致密封圈損壞，故建議螺紋件的裝配必須嚴(yán)格按照廠家規(guī)定的力矩?cái)Q緊。

2 換向內(nèi)泄漏

對(duì)于本文所涉及的小型挖掘機(jī)多路閥來(lái)說(shuō)，如上所述，因工作聯(lián)閥體密封面高壓腔P和單向閥高壓腔受空間限制無(wú)密封槽，故多路閥處于工作位時(shí)，各聯(lián)的連接配合密封面上的高壓腔會(huì)向低壓腔T泄漏，也成為換向泄漏量的主要組成部分，該泄漏量是由兩個(gè)配合面之間的間隙引起，其大小可以按照間隙流量公式[3]（1）近似計(jì)算：

式中：h為兩閥體配合面之間的間隙，b為寬度，Δp為壓差，l為沿液流方向長(zhǎng)度，μ為動(dòng)力粘度。

由式（1）可以看出間隙h是最敏感的參數(shù)，而h是由閥體配合面的平面度決定。小型挖掘機(jī)多路閥一般由8個(gè)工作聯(lián)、1個(gè)進(jìn)油聯(lián)和1個(gè)尾聯(lián)組成，包括9個(gè)密封配合面，圖3是閥體平面度不同時(shí)小型挖掘機(jī)多路閥的換向泄漏量隨壓差變化的曲線，曲線1是平面度超差時(shí)換向泄漏的曲線，曲線2是平面度在0.01 mm以?xún)?nèi)時(shí)的換向泄漏量隨壓力變化的曲線。因此對(duì)于該型小型挖掘機(jī)多路閥來(lái)說(shuō)，閥體平面度是制造控制的關(guān)鍵參數(shù)，一般小于0.02 mm。

圖3 換向泄漏量隨壓差變化曲線

3 中位內(nèi)泄漏

對(duì)小型挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)，因其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，成本控制極為嚴(yán)格，而且為效率型機(jī)械，工作裝置液壓缸不會(huì)加平衡閥或液壓鎖，故工作裝置姿態(tài)的保持完全要靠多路閥的中位內(nèi)泄量來(lái)保證，一般情況下動(dòng)臂的大腔（上升位）和斗桿的小腔（外擺位）的泄漏量要求極為嚴(yán)格。圖4為本文涉及的小型挖掘機(jī)多路閥的動(dòng)臂或斗桿的工作聯(lián)結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖4 動(dòng)臂或斗桿聯(lián)工作聯(lián)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

由圖4可以看出，A口的泄漏通道包括2條，第1條為主閥芯和閥孔的配合間隙，第2條為過(guò)載補(bǔ)油閥與閥體閥孔的錐面配合面，因過(guò)載補(bǔ)油閥的單向閥和溢流閥均為錐面配合，基本能實(shí)現(xiàn)零泄漏，故A口的泄漏量主要由主閥芯和閥孔的配合間隙決定，大小可按照同心環(huán)狀間隙公式[3]（2）近似計(jì)算。

式中：d為圓柱直徑，h為環(huán)狀間隙，μ為動(dòng)力粘度，l為軸向間隙長(zhǎng)度即閥芯和閥孔的遮蓋量，Δp為壓差。小型挖掘機(jī)多路閥的配合間隙一般控制為0.002～0.003 mm，閥孔的圓柱度 ＜0.003 mm，實(shí)測(cè)A口（即不帶保持閥工作口）的泄漏量在壓力為7 MPa，液壓油溫為50℃時(shí)能夠達(dá)到 ＜8 mL/min。

B口增加了保持閥，隔斷了B口和C腔，保持閥與閥體閥孔的配合為球面和錐面的配合，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)零泄漏，故消除了C腔通過(guò)主閥芯和閥孔的配合間隙到T的通道。通過(guò)臺(tái)架實(shí)測(cè)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可得到如下結(jié)論：保持閥的增加使得B口的中位泄漏量更小，零件1、2、3合格的前提下，B口泄漏量在壓力為7 MPa，液壓油溫為50℃時(shí)能夠達(dá)到＜3 mL/min，需重點(diǎn)關(guān)注閥體1保持閥孔和過(guò)載補(bǔ)油閥孔的加工質(zhì)量。

4 結(jié)論

本文基于對(duì)某型小型挖掘機(jī)多路閥研發(fā)驗(yàn)證過(guò)程中出現(xiàn)的漏油問(wèn)題，系統(tǒng)全面的對(duì)小型挖掘機(jī)多路閥的泄漏特性進(jìn)行了研究，所得結(jié)論如下：

（1）小型挖掘機(jī)多路閥的外泄漏主要受裝配因素的影響：1）連接閥片的雙頭螺柱螺母的同步擰緊；2）端蓋、螺紋插裝閥和堵頭等裝配力矩；3）螺紋插裝閥和堵頭的O形圈裝配時(shí)需涂抹黃油。此外O形圈的硬度也是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，低壓需選擇邵爾硬度70度。

（2）小型挖掘機(jī)多路閥的內(nèi)泄漏主要受制造精度的影響：1）換向位內(nèi)泄漏主要受密封面平面度的影響和閥孔圓柱度的影響；2）中位內(nèi)泄漏主要受閥孔圓柱度的影響。

總之，片式多路閥的泄漏特性指標(biāo)直接反映了一個(gè)企業(yè)的制造水平，無(wú)泄漏是其追求的目標(biāo)，對(duì)許多國(guó)內(nèi)多路閥制造企業(yè)來(lái)說(shuō)需不斷提升工藝水平和管理水平。