机载液压作动产品控制阀污染问题分析与研究

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　　摘 要 国内外机载液压作动产品生产厂家对液压控制阀的制造加工极为重视，但由于污染问题导致液压产品失效，寿命缩短成为是液压控制阀面临的一个棘手的问题，本文通过对油液颗粒污染造成的液压控制阀阀芯卡滞的常见原因进行了详细的分析，并提出了避免由于污染造成阀芯卡滞的措施，以提高液压控制阀的质量。
　　关键词 液压控制阀；污染；卡滞
　　1 液压控制阀主要分类及特点
　　航空机载液压作动产品控制阀主要分为转阀、滑阀、平板阀三大类。转阀是一种利用阀芯相对阀体做旋转运动来实现油路的开闭和换向的液压阀；滑阀主要是由阀体和阀芯等组成，油液经流道入口由四个直径相等的圆孔流入阀芯，经出口处两组直径不相等的圆孔（每组四个）流入外流道，阀内流体的实际流动是三维流动；平板阀实质上一种液压换向阀，利用转动带动阀板转动，从而与阀座产生相对角位移实现油路换向，液压平板阀的径向力一般不易平衡，操纵力矩较大。
　　2 液压控制阀运动卡滞原因分析
　　2.1 液压控制阀运动卡滞分类
　　液压系统中，油液在流经阀芯和阀套之间的密封缝隙时，会在阀芯表面产生一个沿径向的不平衡力，使阀芯向阀套一侧偏移直至卡滞在阀套内壁，造成液压卡滞轻微的液压卡滞会增大运动件的移动阻力，降低动作精度、可靠性及實时性，甚至造成误操作等。
　　（1）液压卡滞。滑阀阀芯阀套的几何形状误差和同轴度误差，转阀副阀口遮盖量误差和同轴度误差；平板阀的阀板和转轴的平面度误差和及平板阀阀口遮盖量误差所引起的径向或轴向不平衡压力，即液体在高压下通过偏心环状锥形或平面间隙，并且沿液体流动方向缝隙是逐渐扩大的，这时就会产生通常所说的液压卡滞现象[1]。
　　（2）机械卡滞。由于液压产品的液压油中的污染物楔入阀芯与阀孔间隙使之卡滞。阀芯与套、转轴与阀板配合间隙过小造成卡滞。由于残余应力的存在，会使阀芯在使用中产生弯曲，严重时阀芯与阀套间会产生较大的接触压力，阀芯运动时产生摩擦，造成阀芯运动阻滞，产生机械卡滞。
　　2.2 液压控制阀机械卡滞原因
　　由于污染造成的卡滞属于机械卡滞，这里将主要讨论由于污染造成的卡滞原因。
　　（1）液压系统污染颗粒浓度。滑阀的阀体阀芯运动副之间的间隙保证了阀芯和阀体能够顺利相对运动，但液压系统中存在的污染物进入间隙会对阀芯和阀体造成磨损[2]。尤其是液压油中不可避免含有污染颗粒，污染颗粒悬浮在油液中进入配合间隙，会导致阀芯卡滞，造成间隙表面磨损加剧，从而对滑阀的控制特性和工作可靠性造成严重影响。实际中许多污染物，来源包括系统残留、内部生成、外部侵入等。
　　（2）磨损污染。油液中的污染颗粒进入运动副间隙，在阀体阀芯相对运动过程中磨损运动副表面。磨损是主要形式，主要作用机理为颗粒的显微切削作用及塑性变形作用。磨损机理主要是塑性变形，在阀体换向时，固体颗粒只会对阀体运动副表面产生弹性变形和塑性变形。阀芯阀体硬度越接近、运动副接触长度越小、阀芯直径越小，则液压阀污染磨损寿命越长[3]；油液污染度越大、大颗粒所占比例越多，则液压阀污染磨损寿命越短；工作油压越高、工作温度越高，则液压阀污染磨损寿命越短。
　　（3）装配精度造成污染。由于装配精度过低，阀芯会存在歪斜，此时由于间隙处压降的不均匀，会在阀套表面产生较大的旋转力矩和径向不平衡力，如由于阀芯在加工过程中有局部毛刺残留，或者阀芯在装配和阀套表面有损伤产生凸起和凹坑等，油液在损伤部位产生较大的压降，在阀芯表面产生较大的转矩和径向不平衡力，油液中极性分子的吸附作用径向不平衡力会使阀芯卡滞，阻止其正常的轴向运动。一段时间后， 阀芯卡滞力持续増大，甚至液压系统停止后，阀芯仍然不能运动，此时极性分子吸附作用很强。
　　（4）使用过程中污染颗粒聚集。当液压控制阀在远小于间隙尺寸的污染颗粒作用下时，污染卡滞力与污染物的浓度呈非线性关系，即当污染物的浓度较低时，起动力接近于零，几乎不随静止时间变化，当污染物的浓度较高时，起动力在某一静止时刻从接近于零突然跃变到某一极高值。这可以解释污染颗粒远小于间隙尺寸时的间隙通过过滤后也可造成液压控制阀卡滞，当污染物的浓度较低时，污染颗粒通过间隙时几乎难以滞留，也就不产生卡滞力。当污染物的浓度较高时，就可能发生两个或多个颗粒并行流动、互相阻碍而滞留在间隙中，显然，这种最初的滞留是很不稳定的，容易受干扰影响，尤其受震动的影响。但这种滞留的小颗粒团一旦稳定存在，就会截获别的颗粒而长大，进而截获更多的颗粒，这种链式反应导致小颗粒团在短时间内迅速长大而产生很大的卡滞力，即出现卡滞力突然上升现象。
　　3 液压控制阀污染控制
　　3.1 滤网的使用
　　在液压系统中采用合适尺度的过滤网或过滤芯将污染颗粒附近尺寸的颗粒过滤掉，达到减小阀芯摩擦磨损，提高液压滑阀换向性能，进而提高整个液压系统的使用性能。
　　3.2 零件清洗及检查
　　零件清洗方式针对精度要求高的阀类零件根据零件的结构特征及产品装配轨迹制定不同的清洗方法，主要流程有絮流清洗-超声波清洗-冲洗-高压喷淋-风刀沥水-烘干。零件清洗后的检查方法采用“三次为零法”结合内窥镜检查。
　　3.3 装配环节防污染控制
　　装配时对可能产品多余物的环节进行控制，对零件进行行迹化管理，对进入装配现场人员的着装要求，对装配间灰尘颗粒度提出定量要求；对产品厂内外协时液压产品放置场所清洁度要求，明确产品外协时后检查要求，对周转设备清洁度进行详细要求。
　　3.4 试验及清洗介质防污染控制
　　对洗涤汽油、煤油、水剂清洗剂等清洗介质，及试验设备的油箱执行月清洗/周化验（油箱清洗前后各化验一次），化验合格后方可使用；每次试验完成后应将试验台上的油管口用堵头或堵帽拧上；试验台面板上固定的进回油口，一律用堵头拧紧，防止灰尘进入。
　　4 结束语
　　通过理论分析与实践，本文提出了液压控制阀污染卡滞的原因，对污染卡滞的主要原因进行了详细的论述，通过对清洗装试及油液污染的控制措施，避免了液压控制阀污染卡滞，提高了液压控制阀的可靠性。
　　参考文件
　　[1] 王志良.液压换向阀阀芯卡紧的分析研究[D].长春：吉林大学， 2005.
　　[2] 葛鹏飞，郑长松，马彪.液压阀污染磨损失效研究及影响因素分析[J].兵工学报，2014，35（3）：298-304.
　　[3] 王一麟，汪子祥.三体磨料磨损的分析与计算[J].上海交通大学学报，1986，20（3）：40-50.
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