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溢流閥作為液壓控制系統(tǒng)中的重要元件，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、火力發(fā)電系統(tǒng)和工程機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域[1,2]，對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)起著溢流穩(wěn)壓、限壓保護(hù)的作用[3]，它的工作狀態(tài)直接關(guān)系到整個(gè)液壓系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究溢流閥的故障機(jī)理對(duì)解決工程實(shí)際問題具有重大意義。

潘立公[4]以常見的先導(dǎo)式溢流閥為例，對(duì)溢流閥常見的故障進(jìn)行了分析，總結(jié)了產(chǎn)生故障的各類原因。莊申成[5]對(duì)液壓系統(tǒng)中5種溢流閥的基本故障現(xiàn)象做了原因分析，并提出了對(duì)應(yīng)故障的解決方法。楊秀榮[6]針對(duì)溢流閥的壓力波動(dòng)、調(diào)壓失靈等故障現(xiàn)象，從溢流閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)展開研究，并做出了相應(yīng)故障的排除方法。黨育哲[7]分析了溢流閥各種故障的機(jī)理及規(guī)律，為解決溢流閥故障提供了理論指導(dǎo)。馬肖麗等[8]采用理論分析和仿真計(jì)算相結(jié)合的方法，研究了溢流閥的閥芯與閥套之間的直徑間隙對(duì)閥的泄漏量及閥芯位移加速度的影響。陳國安等[9]在分析先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理等基礎(chǔ)上，將阻尼孔的孔徑大小與壓力超調(diào)量、調(diào)定壓力值等之間的影響規(guī)律和機(jī)理做了研究，得到了阻尼孔堵塞時(shí)的表現(xiàn)的各種異常現(xiàn)象。

本文根據(jù)某款溢流閥在變速器運(yùn)行過程中實(shí)際表現(xiàn)出的液壓系統(tǒng)壓力過高現(xiàn)象，采用單一因素排除法，將包括彈簧、閥芯、阻尼孔及閥孔等在內(nèi)的所有因素進(jìn)行逐一測量排查分析，找出致使壓力過高的原因并進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，為以后解決此類問題提供參考依據(jù)和指導(dǎo)方法。

01 故障分析

1.故障現(xiàn)象

某變速器液壓控制回路系統(tǒng)壓力按照工作要求，在最高轉(zhuǎn)速下不得超過2.8MPa，而在實(shí)際運(yùn)行的過程中系統(tǒng)回路壓力在1000r/min以上時(shí)就超過了2.8MPa，同時(shí)壓力波動(dòng)較大，調(diào)壓不穩(wěn)。具體的壓力對(duì)比如圖1所示，這嚴(yán)重超過了液壓系統(tǒng)壓力限值，可能對(duì)變速器的液壓元件和離合器等造成不同程度的損壞。

2.原因分析

此次出現(xiàn)故障的溢流閥結(jié)構(gòu)形式為直動(dòng)式，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

從圖2中可以看出，直動(dòng)式溢流閥整體由彈簧、閥帽、閥芯及閥體組成，根據(jù)查閱資料所得[10-12]，引起溢流閥故障的原因有閥芯阻尼孔堵塞、閥芯與閥孔配合間隙不當(dāng)、彈簧剛度異常、液壓油污染沉積造成閥芯動(dòng)作卡滯以及進(jìn)出油口堵塞等，為了排除此次故障，對(duì)引起故障的原因進(jìn)行測量分析。

02 測量分析

根據(jù)上述原因分析，首先對(duì)液壓油進(jìn)行分析。收集試驗(yàn)使用的液壓油進(jìn)行油品測試分析，經(jīng)過清潔度儀檢測（見圖3），液壓油的清潔度為ISO4406：19/17/15，符合使用要求，同時(shí)在拆解溢流閥的過程中，未發(fā)現(xiàn)明顯污染物，閥芯表面也無明顯劃痕，這也從側(cè)面說明了液壓油里的的污染物不是引起此次溢流閥故障的原因，所以將其排除。

接下來對(duì)閥芯、閥孔直徑、阻尼孔、進(jìn)出油口直徑和彈簧剛度進(jìn)行測量，驗(yàn)證其是否符合設(shè)計(jì)要求。為了使測量結(jié)果具有普遍性，隨機(jī)選用3個(gè)故障溢流閥，編號(hào)依次為1#、2#、3#，將其分別拆解測量，測量結(jié)果見表1和表2。

從表1中可以看出，彈簧壓縮力的實(shí)測值基本在合格范圍內(nèi)，從而排除彈簧剛度因素。

從表2中可以看出，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的尺寸均在合格范圍之內(nèi)，只有閥孔直徑小于實(shí)際設(shè)計(jì)要求值，而閥孔過小，容易造成閥芯運(yùn)動(dòng)卡滯，導(dǎo)致壓力過高。

綜上所述，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，目前只有閥孔直徑小于合格范圍，不滿足設(shè)計(jì)要求。為了確定閥孔直徑是否為引起此次直動(dòng)式溢流閥壓力故障的原因，對(duì)閥孔直徑因素進(jìn)行下一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

03 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步確定閥孔直徑變小的原因，對(duì)閥孔的整個(gè)加工過程進(jìn)行跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)閥孔在加工完成后，閥孔直徑符合設(shè)計(jì)要求，但是為了對(duì)閥板進(jìn)行防銹，會(huì)對(duì)加工后的閥板進(jìn)行統(tǒng)一的防銹熱處理，此時(shí)閥孔也會(huì)被影響，這可能就是引起閥孔變小的原因。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一推測，重新選取3塊閥板進(jìn)行加工及熱處理，依次編號(hào)為A、B、C，對(duì)比熱處理前后閥板上閥孔直徑的差異，測量結(jié)果見表3。

為了使試驗(yàn)更具對(duì)比性，將編號(hào)為C的閥板的閥孔進(jìn)行返修處理，去除熱處理膜，使其閥孔直徑符合設(shè)計(jì)要求，然后將其裝配好與其他兩塊閥板進(jìn)行直動(dòng)式溢流閥壓力試驗(yàn)，測試結(jié)果如圖4所示。需要說明的是，此時(shí)閥板A的閥孔不經(jīng)過熱處理，閥板B的閥孔經(jīng)過熱處理，閥板C的閥孔經(jīng)過熱處理后又進(jìn)行返修處理。

從圖4中可以看出，閥板A和閥板C的壓力表現(xiàn)正常，即沒有經(jīng)過熱處理和熱處理后又返修過閥孔的閥板的壓力表現(xiàn)正常，而熱處理后的閥板B的壓力與之前故障閥板的表現(xiàn)一致，這說明前面的推測正確。此次故障是由閥孔加工后的表面熱處理導(dǎo)致閥孔直徑變小，進(jìn)而影響閥芯運(yùn)動(dòng)卡滯，致使溢流閥發(fā)生調(diào)壓過高的故障。那么此次故障的解決措施就是對(duì)閥孔直徑進(jìn)行返修，同時(shí)后續(xù)閥板在熱處理前，需要對(duì)閥孔做好防護(hù)，確保其不受熱處理影響，避免故障再次發(fā)生。