液压快换接头失效案例分析

摘  要 : 快速接头广泛应用于各个行业。某连铸机在使用过程中发现快换接头存在断开时漏油，易污染，对接、断开困难，故障率高等问题。经失效分析，发现是快换接头选型及使用不当造成的。正确的选型和使用不仅可以提高系统工作效率，也能大大减少维护成本。

关键词: 快速接头; 液压系统; 带压操作

Fault Analysis for Quick Coupling

XU Jianxiang¹，HAO Lijuan²，CHEN Lei³

( 1.Shougang Jingtang United Iron ＆ Steel Co．，Ltd．； 2.Tangshan Iron ＆ Steel International Engineering Technology Co.; 3.Ｒebs Lubrication Technology Ltd.)

Abstract: The quick couplings are widely used in varies industries． The case of quick coupling frequent failure on con-caster in steel mill was introduced，including leakage，contamination，difficult to connect /disconnect． Through detailed failure analysis，it was found the failure was mainly caused by improper choosing and using． Correct selection and handling can reduce failure frequency，maintenance cost，and improve system efficiency on time．

Keywords: Quick coupling; Hydraulic system; Operation with pressure

快速接头产生于第一次世界大战初，为了快速地连接冷却水来降低机枪连续发射造成的发热，最简单快速接头问世。直到1935 年，在欧洲研发出了带阀芯的快速接头用于农机辅具的快速连接，阀芯结构为弹簧加钢珠，实现了对接后油路连通、断开后油路封闭。到了1975 年随着工程设备的发展，平面快速接头、带压操作产品、多路组合板产品及自动对接技术应运而生。

1 案例描述

连铸机的扇形段共有4 条夹紧缸、2 条驱动缸，为了快速更换扇形段和避免油液泄漏和管路的二次污染，采用快换接头连接中间管道和扇形段上的油管，在使用过程中发现快换接头存在以下问题，影响设备的运行。

1.1 断开时漏油

每次断开后，每一组快速接头都会有部分液压油流出，不仅污染设备和环境，而且浪费液压油。

1.2 易污染

快速接头产品使用一段时间后，接头阀体附着灰尘严重，且不易清理。尤其是母头阀体内，为避免灰尘带入液压系统，每次对接前都需长时间清理，影响

工作效率。

1.3 对接/断开困难

操作工人反馈，有时候对接时需要多人配合才能完全对接; 断开时更是困难，有时候需加长杆撬动或敲击护套才可断开。

1.4 故障率高

由于故障率较高，快速接头的维护更换周期为6个月，实际上部分快速接头不到一个维护周期即出现泄漏故障，故障现象为断开后公头或母头持续漏油。

2 失效分析

2.1 断开时漏油分析

设备原液压管路装配的是锥面快速接头，如图1所示，受锥阀快速接头结构限制，每次断开后两个锥阀之间区域( 被圈住部分) 的液压油在阀芯关闭后就被隔离到阀体的外部损失掉。

图1 锥阀快速接头剖面图

2.2 易污染原因分析

原有设备选型锥面快速接头，公头母头对接部分为不规则形状，尤其是母头，凹陷部分灰尘极难清理。另一个重要原因是没有选择装配相应的帽塞( 见图2) ，断开后接头就处于无保护状态。而佩戴帽塞( 见图3) 可以起到保护作用。

图2  未佩戴帽塞  图3  佩戴帽塞状态

2.3 对接/断开困难

在更换某一个扇形段时液压站并不停机，只是关闭相应的阀台并进行泄压后操作，有时忘记泄压而打压操作，断开和对接非常困难，有时压力没有完全释放管路里残存的压力也会造成操作困难。

2.3.1 残存压力的形成原因

所谓残存压力是指系统停机后管路中仍然存在的压力。残存压力形成的原因有两种:

( 1) 是系统设计造成的，如液压锁、平衡阀、单向阀、O 形阀芯中位机能等具有保压特性的设计，液压泵停止工作或换向阀复位后管路里的压力不能及时卸掉，困在液压管路里。

( 2) 与温度变化有关，温度升高后封闭液压管路中的液压油由于本身的膨胀性导致压力升高( 液压油里的空气含量越低，压力温度特性越敏感) 。

2.3.2 断开困难分析

断开过程如图4 所示，如步骤②所示回拉护套即可实现断开。由于管路中残存压力的存在，压力作用在快速接头的投影面积上，公母接头有相对分开的作用力，并且压力越大作用力越大。公母接头上的作用力施加在锁死钢珠上( 图5 所示) ，导致钢珠和护套卡死，断开困难。

2.3.3 对接困难分析

如图6 所示，对接过程与断开过程类似，对接时护套回拉同时将公接头插入母接头阀体内，公母接头的阀芯相互作用打开阀芯，锁死钢珠落入沟槽内实现对接。由于内部残存压力的存在对接力大大增加，1 /2’通径的接头阀芯截面积按S = 170 mm2 计算，若残存压力为p = 5 MPa，按弹簧力F1 = 70 N，此时对接

需要克服的力F 为:

F= p×S+F1 = 5×170+70 N= 920 N

此时对接已经相当困难，残存压力越高对接越困难。

图6 锥阀快速接头对接过程

2.4 故障率高原因分析

现场使用反馈的故障现象主要为密封损坏，故障原因与不当的操作及选型有关。如前所述，污染是密封损坏的主要原因之一; 另外操作人员带压操作也可能造成密封件损坏。如图7 所示，若带压对接，阀芯打开的瞬间，高速流体流经密封圈周边，若液压油中有微小颗粒即可把密封圈划伤，同时也有可能将密封圈冲出密封圈槽。

图7 对接瞬间流体方向

3 解决方案

针对上述问题，根本原因为选型问题。普通平面系列快速接头产品可以解决断开后泄漏问题，抗污染能力也大大提升，但是不能解决带压操作。

考虑到液压系统本身就有泄压阀及成本控制，决定先试用不能带压操作的平面系列，并佩戴防尘帽塞。选择了一台设备全部更换成ISO16028 标准的平面系列产品，试用一个维护保养周期并检验使用效果。6 个月试用结束后，漏油问题彻底解决，污染问题也得以改善。但是仍有一个出现了漏油故障，并且部分操作人员反馈仍存在对接、断开困难。由此再次明确造成上述问题的原因为带压操作，经过讨论再次选择一台设备更换快速接头，观察使用效果。最后选用了较高端的组合板系列，允许带压对接及带压断开，可以实现多路同时对接和断开，同时拥有ISO16028 标准平面快速接头的所有优点。经过一段时间的使用后，上述问题都得到了解决。

图8 平面快速接头

4 总结

此案例是典型的快速接头选型及使用不当。与其他的液压件比较，快速接头的特殊之处在于: 在封闭的系统与开放的环境间切换。一般而言，基本所有的液压系统都是封闭的，但是快速接头断开状态时部分阀体暴露在外，如果不加以保护，很有可能造成暴露部分损坏或者将异物带入系统，引起快速接头或者其他液压部件的损坏。因此使用过程中务必保证对接前的清洁清理及断开后的保护工作。

快速接头种类繁多，不当的选型不仅造成浪费，还有可能引起重大事故。选型时必须充分考虑压力、流量、介质种类、介质温度范围、环境温度、是否需要带压操作、安装、操作方式等一系列的因素。正确的选型不仅提高系统工作效率，也能大大减少维护成本。

参考文献:

［1］路甬祥．液压气动技术手册［M］． 北京: 机械工业出版社， 2002．

［2］雷天觉．新编液压工程手册［M］．北京: 北京理工大学出版社， 1998．

［3］左健民．液压与气压传动［M］．北京: 机械工业出版社，2007．

［4］马恩． 液压与气压传动［M］． 北京: 电子工业出版社，2007．

［5］王守城，段俊勇．液压元件及选用［M］．北京: 化学工业出版社， 2007．

［6］许贤良，王传礼．液压传动［M］．北京: 国防工业出版社，2006．

［7］李壮云．液压元件与系统［M］．北京: 机械工业出版社，2005．

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