電液伺服閥在液壓系統(tǒng)中的故障診斷及分析

1、    電液伺服閥在液壓系統(tǒng)中的故障診斷及分析    【摘  要】根據(jù)電液伺服閥的構(gòu)成和工作原理，分析了油壓系統(tǒng)中電液伺服閥的故障，并給出了排除故障法，供工程人員進(jìn)行參考?！娟P(guān)鍵詞】電液伺服閥;故障診斷;方法分析引言電液伺服閥在電液伺服系統(tǒng)中廣泛使用，以控制電液伺服系統(tǒng)的位置、速度、加速度。是將電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成油壓信號(hào)的重要組件，系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響伺服閥的性能。如果電液伺服閥在伺服系統(tǒng)中發(fā)生故障，能夠正確且迅速地診斷故障位置和原因，對(duì)于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益將具有重大影響。1.伺服閥的組成及工作原理伺服閥由永磁矩電機(jī)和噴嘴擋板組成的第一級(jí)電液轉(zhuǎn)換和

2、功率放大以及第二級(jí)滑動(dòng)閥的油壓放大構(gòu)成。力矩電機(jī)由磁性管、上下磁鐵、控制線圈、彈簧管、反饋棒、擋板、電機(jī)組合而成的電機(jī)組件構(gòu)成。反饋棒的小球插入到閥芯中央的槽中。噴嘴擋板階段由一個(gè)回油孔、兩個(gè)固定孔和兩個(gè)可變孔組成。當(dāng)正或負(fù)信號(hào)電流輸入到線圈中時(shí)，力矩馬達(dá)的固定磁通量和控制通量相互作用。力矩馬達(dá)輸出比例正或負(fù)力矩，擋板輸出一定的位移。由此，兩個(gè)可變孔的液電阻發(fā)生變化，噴嘴擋板級(jí)將對(duì)應(yīng)的負(fù)荷流和負(fù)荷壓輸出到噴槍的兩端，驅(qū)動(dòng)噴槍并沿對(duì)應(yīng)的方向移動(dòng)。閥芯的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)反饋棒的運(yùn)動(dòng)，在力矩馬達(dá)上生成反饋力矩。到反饋棒的反饋力矩為止，噴嘴擋板的油壓力矩和根據(jù)輸入信號(hào)電流產(chǎn)生的電磁力矩平衡，閥芯停止移動(dòng)。這時(shí)

3、閥芯位移為x，對(duì)應(yīng)的輸出流量是q，閥芯位移或負(fù)載壓力是固定值，閥的輸出流量與輸入電流信號(hào)成比例。2.伺服閥常見(jiàn)故障診斷以及分析（1）伺服閥輸入控制信號(hào)但沒(méi)有流量輸出。伺服閥是液壓伺服系統(tǒng)的核心組件。當(dāng)系統(tǒng)整體上油缸無(wú)法緩慢移動(dòng)時(shí)，表示伺服閥沒(méi)有流量。原因有，a線圈是打不開(kāi)電路;b線圈引線與插頭焊接斷開(kāi);c不輸入信號(hào);d的兩個(gè)線圈具有相反的極性;e油回流孔受阻;f油過(guò)濾器受阻。具體分析如下。故障a、b、c由輸入力矩馬達(dá)線圈的零信號(hào)電流引起。當(dāng)力矩馬達(dá)線圈的信號(hào)電流為零或輸入信號(hào)電流的極性相反時(shí)，力矩馬達(dá)線圈沒(méi)有控制磁通量。因此，因而不能使銜鐵組件繞薄壁中心旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)閥芯向?qū)?yīng)的方向移動(dòng)，伺服閥不

4、輸出流量。故障e是噴嘴擋板級(jí)的兩個(gè)控制腔內(nèi)的壓力相等，在油返回孔被切斷后，噴槍兩端的驅(qū)動(dòng)力相等。閥芯不能在相應(yīng)的方向和輸出流程中移動(dòng)。故障f是在油濾波器部分切斷后，油入口壓力p減小，噴嘴擋板級(jí)的兩個(gè)控制腔內(nèi)的壓力降低，閥芯兩端的驅(qū)動(dòng)力不能克服流體力學(xué)力k和閥芯的反饋力。因此，閥芯不能在對(duì)應(yīng)的方向上移動(dòng)，輸出流量為q。（2）伺服閥只有一個(gè)窗口有流量輸出。在伺服系統(tǒng)中，表示當(dāng)作動(dòng)筒僅向一個(gè)方向移動(dòng)，不響應(yīng)于電控制信號(hào)時(shí)，或是液壓馬達(dá)急速旋轉(zhuǎn)，不響應(yīng)于電控制信號(hào)時(shí)，控制元件的伺服閥具有單向輸出。有失敗的三個(gè)理由：a.一個(gè)孔口被阻塞;b.一個(gè)噴嘴被阻擋;c.閥門芯被驅(qū)動(dòng)。具體分析如下。伺服閥的噴嘴擋板

5、級(jí)由1個(gè)回油孔、2個(gè)固定孔、2個(gè)噴嘴擋板可變孔組成。當(dāng)右孔口d完全關(guān)閉時(shí)，該控制室內(nèi)的壓力是om pa，另一控制室的壓力是ps/2，閥芯向右側(cè)移動(dòng)，輸出某個(gè)負(fù)載壓力p和負(fù)載潮流。類似地，當(dāng)右噴嘴孔d0完全關(guān)閉時(shí)，控制室的壓力是p，而另一控制室的壓力是p/2。閥芯向左移動(dòng)，輸出特定的負(fù)載壓力p和負(fù)載流量q。由于閥芯在閥閥的閥芯和閥袖之間的匹配間隙非常小，所以被堵塞。在系統(tǒng)油不清潔的情況下，油中的污染物容易附著在間隙上，由于來(lái)自噴檔級(jí)的控制壓力輸出，閥芯不能向?qū)?yīng)的方向移動(dòng)，伺服閥僅具有一個(gè)空腔，輸出流和壓力p受到壓力。（3）伺服閥輸出流量變小。在伺服系統(tǒng)中，當(dāng)執(zhí)行器的速度變慢時(shí)，伺服閥的輸出流量

6、降低。作動(dòng)筒的速度與伺服閥的輸出流量成比例。如果流量大，速度就快;如果流量小，速度就慢。從分析來(lái)看，閥門的油過(guò)濾器部分的閉塞在供給壓力p1p2，即噴檔級(jí)控制腔內(nèi)減少。當(dāng)向伺服閥輸入信號(hào)電流時(shí)，閥芯兩端的驅(qū)動(dòng)力比閥芯的反饋力和流體力x之和小，閥芯的行程減少，輸出流量ql減少，作動(dòng)筒的速度變慢。（4）伺服閥內(nèi)泄漏突然變大。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)伺服閥的內(nèi)部泄漏增加時(shí)，系統(tǒng)性能變得不穩(wěn)定，壓力和流動(dòng)變得異常。而且，由于能源不足的系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的能源不足。伺服閥的內(nèi)部泄露由噴嘴擋板的泄漏和滑動(dòng)閥舞臺(tái)的泄漏這兩個(gè)部分構(gòu)成。一定的泄漏量與噴嘴l的直徑d、噴霧間隙xfo、孔口直徑do、回油孔直徑d有關(guān)?；瑒?dòng)閥級(jí)的泄漏與閥

7、芯與閥袖之間的間隙有關(guān)。大的間隙會(huì)導(dǎo)致大的泄漏;小的間隙會(huì)導(dǎo)致小的泄漏?；瑒?dòng)閥階段的泄漏與系統(tǒng)的油的清潔度密切相關(guān)。污染物多的情況下，往往會(huì)引起閥芯工作前端的磨損。如果它更嚴(yán)重，它會(huì)使閥芯動(dòng)起來(lái)，并且系統(tǒng)不能正常工作。（5）伺服閥不受控制伴有漏油現(xiàn)象。伺服閥不受電液伺服系統(tǒng)控制并出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。這表明伺服閥的彈簧管破損。油從彈簧管的間隙流出來(lái)。彈簧管是高彈性合金鋼制伺服閥的中心部，管壁非常薄，通常為0.0608mm。力矩電動(dòng)機(jī)受到派出所信號(hào)的作用時(shí)，彈簧管的應(yīng)力比屈服極限低，但由于長(zhǎng)周期的反復(fù)，在薄肉的彈簧管的大角落常常產(chǎn)生裂縫。另外，伺服閥諧振時(shí)，彈簧管容易發(fā)生裂紋。（6）伺服閥工作性能不穩(wěn)定

8、。伺服閥在系統(tǒng)中工作時(shí)不穩(wěn)定，這可能是由于力矩電機(jī)永磁不穩(wěn)定引起的。只要交流退磁過(guò)程中的外部干擾磁場(chǎng)不大于磁場(chǎng)強(qiáng)度，則該鋼的工作點(diǎn)在恢復(fù)線上工作穩(wěn)定。此外，磁鋼矯頑力低，嚴(yán)禁任何鐵接觸永磁。避免永磁局部退磁。磁路中磁通分布的畸變影響閥門的性能。（7）伺服閥有嘯叫現(xiàn)象。在電液伺服系統(tǒng)中，如果能聽(tīng)到嚴(yán)厲的叫聲，那就是伺服閥有叫聲的意思。外殼是一種嚴(yán)重的斷層現(xiàn)象。當(dāng)吹笛時(shí)，力矩電機(jī)的電機(jī)組件處于高頻強(qiáng)制振動(dòng)中，彈簧管常常產(chǎn)生疲勞破壞。有伺服閥口哨的內(nèi)部及外部原因。內(nèi)部原因與伺服閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。如果能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整力矩馬達(dá)的固有振動(dòng)頻率，則在特定的情況下，力矩馬達(dá)的固有振動(dòng)頻率可以偏離外壓脈動(dòng)頻率。那

9、個(gè)可以排除外殼。外部原因與用戶有關(guān)。為了使油源壓力脈動(dòng)振幅最小化，抑制伺服閥的口哨，可正確設(shè)計(jì)和安裝油源系統(tǒng)。（8）伺服閥分辨率過(guò)大。在電液伺服系統(tǒng)中，系統(tǒng)響應(yīng)較慢，如果作動(dòng)筒不規(guī)則地振動(dòng)或振動(dòng)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致伺服閥的高分辨率。伺服閥的分辨率很大，故障的原因有兩個(gè)。a.機(jī)油濾清器部分阻斷;b.閥芯的摩擦很大。在上面已經(jīng)對(duì)a的特定原因進(jìn)行了分析，在此不進(jìn)行說(shuō)明。故障b是因?yàn)殚y芯與閥袖之間的間隙非常小，向間隙的油中的污染物使滑動(dòng)閥段的摩擦增大，伺服閥的分辨率上升，系統(tǒng)響應(yīng)變慢。（9）伺服閥零過(guò)大。在電液伺服系統(tǒng)中，輸入大的電流信號(hào)，系統(tǒng)的作動(dòng)筒或馬達(dá)保持靜止時(shí)，表示伺服閥的零過(guò)大。有三個(gè)具體原因：a.

10、一個(gè)孔口會(huì)被阻斷;b.噴嘴會(huì)被阻斷;c.油過(guò)濾器會(huì)被部分阻斷.具體造成這樣的原因在上面已經(jīng)解釋了。3.總結(jié)在電液伺服系統(tǒng)中，伺服閥對(duì)油污染尤其是噴嘴擋板結(jié)構(gòu)最為敏感。噴嘴與擋板的距離為0.030.05mm，閥芯與閥袖的間隙為0.0030.05mm。即使污染物通過(guò)噴嘴擋板或閥芯和閥門套管驅(qū)動(dòng)，伺服閥也會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或工作性能下降。因此，在電液伺服系統(tǒng)中，工作液不潔凈的情況下，會(huì)影響產(chǎn)品性能，會(huì)縮短其壽命，嚴(yán)重不能使其運(yùn)轉(zhuǎn)。所以應(yīng)特別注意系統(tǒng)工作液的清潔性，必須在伺服閥的入口前配備標(biāo)稱過(guò)濾度10m以下的油過(guò)濾器。參考文獻(xiàn)1田源道.電液伺服 閥技術(shù)m.北京 ：航空工業(yè)出版社 ，2018.2雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)m