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几只液压支架安全阀异常现象的机理探讨
韩智诚
液压支架安全阀的关闭压力是它的一个重要质量数据。它决定着液压支架在使用中，支架负载增大安全阀溢流后及时关闭，重新达到支架的支护性能。MT419标准规定安全阀的关闭压力不应小于标定压力的90%。我公司在投产初期，出现过一次异常现象。当月度装配的200件FAD125/40型安全阀在做小流量启溢闭试验时，试了20件竞发现有6件关闭压力严重超差。标准规定的大于36MPa关闭压力竟低到十几MPa才能关闭。
我们进行了观察，试验人员将一存在问题的阀再行试验，开启压力正常，溢流中，波动值也正常。关闭试验泵后，压力表的示值一直往下落。直到12MPa时，出现了新的波动，然后，压力再下降一点，安全阀关闭。再试一次，还是如此，还是到12MPa出现波动然后关闭。换一只问题阀再行试验，像着了魔式的，情况和前一只一模一样。竞也是在12MPa再现一次一样的情景。换一只本批试验合格的阀试验，仍然合格。
这种现象，异常地不可思议。
该阀的装配图如下：

图1
1—阀体 2—阀芯 3—阀套 4—密封圈 5—弹簧座 6—阀壳 7—弹簧 8—调压螺丝

影响阀关闭压力的重要零件是，阀芯、阀套、阀体及弹簧座。按《液压支架技术》（王国法主编 煤炭工业出版社）第八章描述，安全阀的关闭压力与阀芯动力学要素、弹簧的刚度及摩擦阻力有关。除了设计因素，作为制造单位，我们注
重的是阀芯及阀套的粗糙度和阀套沟槽的尺寸要求，以减小摩擦阻力来控制关闭压力。但这些因素都不会使关闭压力下降如此大。
我们用换件的办法。我们依次将合格阀的阀芯、阀套、阀体、弹簧及弹簧座换在”着魔”安全阀上，情况仍和先前一样。这样一个阀就只有阀壳和调压螺丝两个对关闭压力性能表面看没有丝毫影响的零件没有更换。先看阀壳的零件图（图2）：

图2
阀壳是该阀中要求最低的零件，除了螺纹，没有任何配合面。尺寸和形状位置都是自由公差。我们想不出它会影响关闭压力如此大的理由。但当我们更换了阀壳后，这只阀立刻正常，试验完全合格。阀壳存在问题无疑。
我们将这个阀壳进行了仔细的测量，外形尺寸都符合图纸要求。我们将阀壳从图1的A-A处锯开，断面上肉眼能看出中间Φ27孔和外园不同心，测量结果是不同轴度为0.5mm.。超出自由公差允许值的两倍多。公司有关部门很快查出这次质量事故是由于一位新入公司的职工违反公司工艺纪律，将阀壳的Φ27内孔由工艺文件规定的先钻后车的工艺擅自改为钻孔成形。

问题至此得以解决。当事人受到处罚。重新加工后的阀壳装在阀上，该批阀试验全部合格。质量事故处理虽结束，但留给技术部门的疑惑却大大加深。一个看起来很不重要的零件为何会这样严重地影响产品的重要性能。极需要我们分析，以提高对安全阀的深入认识，以提高对产品质量的技术保证
首先我们分析到，阀壳的内孔与外园不同轴，就会引起内孔与阀壳外园配合的阀体内孔不同轴，即和阀通的外园不同轴，依次下去最后造成的是阀壳的内孔和弹簧座的外园不同轴。按设计弹簧座外园与阀壳内孔的间隙为0.5mm，这两者的不同轴，可造成两者相碰，最后的结果是对阀芯产生一个径向力，增加摩擦力，
影响阀的关闭压力。但这种不同轴度是随机的。不同轴度误差有大有小。径向力也有大有小。对关闭压力的影响也有大有小，不会总是在12Mpa关闭。就是同一个阀重新解体装配后，参数也是变化的对关闭压力的影响也有大有小。一定另有其因。
最后，我们想到了文献中提到的“液力卡紧”现象。《矿山机械液压传动》（李昌熙 乔石 主编 煤炭工业出版社）第六章中是这样阐述的:
从阀芯和阀孔的装配横截面看它们之间有一个均匀的环状间隙。正常情况下环状间隙充满了压力工作液，阀芯和阀孔是不接触的。如果阀芯制造中有锥度误差，阀芯和阀孔又不同轴，根据液流的方向，就可能产生径向力，当径向力大到一定的程度，阀芯就会向一边靠，使两者有一边没有了间隙，成了干摩擦，摩擦阻力大大增加。
我们的安全阀不是像文献中提到的阀芯锥度误差引起的径向力而是弹簧座和阀壳接触引起的径向力，我们推断，结果应该是一样的。不管弹簧座和阀壳接触引起的径向力如何大，只要达到了引起“液力卡紧”的径向力，摩擦阻力的大小是一样的。这是因为摩擦阻力为正压力和摩擦因数的积。这批安全阀中，钢和橡胶的摩擦因数一致的，而正压力也是一致的。
我们做下面的计算：
d=6mm 安全阀阀芯直径
S=πd2/4=28mm2 液力受力面积
P=40MPa 安全阀调试压力
以上数据为本安全阀自身参数。当在试验台上调定液压为P=40Mpa时，工作液对阀芯的力为：
F液=P*S=1120N
这个力，在开启时是由弹簧力和摩擦阻力的和来平衡的。其中摩擦阻力是这样计算的：
L=4.2mm 阀芯与阀孔的配合面长度
F正=L*d*P=1008N 产生摩擦阻力的正压力

调安全阀的压力时，阀芯与橡胶之间是静摩擦，取μ=0.55，则摩擦阻力为：
F摩=F正*μ=554.4N
此时，弹簧力为：
F弹=F液-F摩=1120-554.4=453.6N
以上计算说明，由于“液力卡紧”形成的干摩擦，摩擦阻力很大。我公司试验工的习惯，调整安全阀压力时，是由关闭到开启的阶段，阀芯是由不动到动的，我们取静摩擦因数。此时摩擦阻力是阻碍阀芯运动的，由于摩擦阻力比正常情况下达的多，所以，以上计算可以看出，弹簧力很小。
当试验阀的关闭压力时，弹簧力仍是开启时的数值，摩擦阻力仍然是阻碍阀芯运动的，但这时，弹簧力为摩擦阻力与工作液压力之和。摩擦阻力因数因是动摩擦，取μ=0.4，设此时工作液的压力为P1，可得下面的方程式并求解：
F液=F弹-F摩
P1*S=453.6N-μ*L*d*P1
28 P1=453.6-0.4*4.2*6 P1
P1=453.6/(28+0.4*4.2*6)=11.59MPa
以上计算结果与现场是一致的，诚然，有关资料没能给出钢橡胶之间动摩擦因数和静摩擦因数的准确数，我们的设定有凑结果之嫌，但是，这两个数都是在大范围之内，用做解释现象是完全可以的。
做关闭试验时，工作液是在一个封闭的容器内，橡胶的弹力又很大，它们与弹簧形成的平衡极容易产生一种称“阻尼振动”的振动。所以，当工作液在12MPa时，又产生波动，直到“阻尼振动”衰减到零，阀关闭。
至此，我们的探讨结束。现场中的全部疑惑都得以解释。虽然，我们的理论知识有限。理解和计算都会有错误，但是，现场的情况，确是千真万确的。随着我们理论知识的深入理解和与专家的沟通，期待着更准确的解释。