淺析電液伺服控制系統(tǒng)的常見故障及解決途徑

1、液壓故障保護(hù)模塊作為一種有數(shù)的故障保護(hù)裝置，已廣泛在電液伺服控制系統(tǒng)中采用。特別是電液伺服系 統(tǒng)從獨(dú)立、單一的系統(tǒng)發(fā)展到多通道、復(fù)合控制的復(fù)雜協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)后，液壓故障保護(hù)模塊對(duì)提高系統(tǒng)的 安全性和可靠性，更顯出了優(yōu)越性。液壓故障保護(hù)模塊，是一個(gè)安裝著各種液壓閥的集成塊，并且與液壓缸固定在一起。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)一 般故障時(shí)，通過液壓閥的功能使系統(tǒng)處在安全狀態(tài)，達(dá)到故障保護(hù)的目的。在工業(yè)電液伺服控制系統(tǒng)和地 面試驗(yàn)設(shè)備中采用，既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便實(shí)用。1常見故一形式1過載電液伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)過載是最常見的故障之一，過載可能使系統(tǒng)產(chǎn)生誤操作或使被試件損壞，直 接影響系統(tǒng)的安全性和可靠性。因此，過載液壓保護(hù)是最常用

2、的故障保護(hù)裝置，一般是用溢流閥限制液壓 缸負(fù)載腔的最高壓力。常見過載故障有：伺服閥失效伺服閥失效在伺服系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，特別是在系統(tǒng)調(diào)試和初運(yùn)行階段，這是由于系統(tǒng) 污染所致。伺服閥失效將導(dǎo)致加載系統(tǒng)過載。因此.伺服系統(tǒng)在使用前都采取一些防污染措施，如伺服闖 用沖洗蓋板替代，液壓油循環(huán)一定的時(shí)問并在回路中安裝精度較高的過濾器，沖洗后再開始調(diào)試和運(yùn)行。閉環(huán)控制失效在閉環(huán)控制系統(tǒng)中.反饋回路一旦失效，則成開環(huán)控制，這種情況將發(fā)生過載現(xiàn)象； 反饋信號(hào)接反或指令信號(hào)過大，也將引起系統(tǒng)過載.這兩種情況在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)很容易發(fā)生。力耦合過載在多通道電液伺服系統(tǒng)中，各通道之問相互影響，產(chǎn)生耦合力，這種耦合力可能引

3、起系統(tǒng)過載，是系統(tǒng)不希望的。解決方法通常是采取解耦法加以消除。而在某些系統(tǒng)，如結(jié)構(gòu)疲勞多通道 協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)、造波機(jī)播板電液伺服系統(tǒng)，采用液壓限載消除各通道之間的耦合力引起的過載，很容易實(shí) 現(xiàn)。2斷電斷電在液壓系統(tǒng)工作中經(jīng)常遇見。電力系統(tǒng)故障；出現(xiàn)緊急故障時(shí)，人為地切斷系統(tǒng)電源；另外， 液壓釉源上設(shè)置的保護(hù)裝置，如電機(jī)過載、過熱、系統(tǒng)掉壓、釉溫過高等，都可能使系統(tǒng)斷電。在某些電 液伺服控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)斷電的同時(shí)，伺服閥控帝|系統(tǒng)也隨之?dāng)嚯?，而正在加載狀態(tài)的液壓缸，由于斷電， 伺服閥失去控制信號(hào)，閥芯自動(dòng)回中位，液壓缸被保持在加載狀態(tài)下，這種狀況是不希望的。而采用斷電 保護(hù)裝置后，系統(tǒng)出現(xiàn)任何斷電

4、，液壓缸負(fù)載腔與回油路溝通，使系統(tǒng)處于卸載狀態(tài)。3氣蝕液壓系統(tǒng)中氣蝕對(duì)系統(tǒng)工作品質(zhì)的影響，已引起人們的高度重視。而在伺服控制系統(tǒng)中，由控制負(fù) 載引起的氣穴卻容易被忽視，然而這種氣蝕往往更為嚴(yán)重。比如，大慣性伺服加載系統(tǒng)中，在伺服閥回零 位或換向控制時(shí)，液壓缸活塞由于慣性負(fù)載作用，不能立刻停止或換向，一腔產(chǎn)生瞬時(shí)過載，而另一腔則 出現(xiàn)負(fù)壓產(chǎn)生氣穴。另外，在負(fù)載隨機(jī)變化的伺服控制系統(tǒng)中，如飛機(jī)、船舶舵面控制中出現(xiàn)的氣流擾動(dòng) 和波浪沖擊，同樣可能使液壓缸負(fù)載腔吸空產(chǎn)生氣穴。系統(tǒng)中的這種氣穴，損壞缸筒內(nèi)孔和活塞表面質(zhì)量以及伺 服閥精閥副的工作銳邊。2故障保護(hù)模塊的應(yīng)用實(shí)例1多點(diǎn)協(xié)調(diào)加栽故障保護(hù)模塊1二

5、位三通電磁閥2二位六通閥3 4.單向調(diào)速閥5 6.載荷限制閣7.液壓缸8.電液伺服閣圖1多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載保護(hù)模塊圖1所示原理的故障保護(hù)模塊，曾用于某結(jié)構(gòu)多點(diǎn)協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)，此模塊具有：過載、限載保護(hù)模塊上的兩個(gè)負(fù)載限制溢流閥5、6分別對(duì)應(yīng)著液壓缸的兩個(gè)負(fù)載腔。試驗(yàn)前根 據(jù)備加載點(diǎn)的拉、壓方向最大負(fù)載，對(duì)每臺(tái)溢流閥進(jìn)行校摧l及設(shè)定。為提高系統(tǒng)的卸載精度，此模塊中 的溢流閥設(shè)計(jì)時(shí)采用了相似原理，即液壓缸兩負(fù)載腔的壓力分別對(duì)應(yīng)溢流閥的前、后腔，而且兩者的有效 液壓英才網(wǎng)用心專注、服務(wù)專業(yè)面積比相似。斷電保護(hù) 系統(tǒng)正常工作時(shí)，電磁閥1通電，二位六通閥2工作在左位，系統(tǒng)油壓通過電液伺服閥 控制液壓缸工作。若電

6、磁閥1斷電，彈簧力推動(dòng)閥2的閥芯左移，模塊中各閥處于圖1所示狀態(tài)。從圖1中看 到.液壓缸兩負(fù)載腔經(jīng)二位六通閥2、單向節(jié)流閥3、4與回油路連通，即液壓缸處于卸載狀態(tài)。卸載速度控制電液伺服控制系統(tǒng)的負(fù)載形式一般為彈性負(fù)載或慣性負(fù)載。正常工作中，負(fù)載可 以按指令降到零。但若故障狀態(tài)卸載或人為緊急卸載，為避免造成負(fù)載沖擊，需要對(duì)卸載速度進(jìn)行控制。為此.在圖1所示的卸載回路中對(duì)稱設(shè)置了兩個(gè)單向可調(diào)節(jié)流閥3、4,通過調(diào)節(jié)液壓缸負(fù)載腔的流 速而達(dá)到控制卸載速度的目的。2六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)液壓系統(tǒng)保護(hù)模塊六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由6只靜壓支承高精度電液伺服缸構(gòu)成，廣泛用于飛行、船艇等模擬訓(xùn)練設(shè)備， 以及動(dòng)感電影等游樂設(shè)

7、施的運(yùn)動(dòng)部分。由于此類設(shè)備涉及人身安全，所以必須設(shè)置液壓保護(hù)，以保證運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)能安全平穩(wěn)地回到初始狀態(tài)。圖2所示是一種用于六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)電液伺服缸故障保護(hù)模塊非工作狀態(tài)的示意原理圖。正常工 作時(shí)，電磁閥1通電，閥2左控制腔經(jīng)節(jié)漉孔6通低壓油路。由于右控制腔直接與壓力油路溝通.因此壓力 油推動(dòng)閥芯左移，閥2工作在右位狀態(tài).溝通伺服閥兩負(fù)載腔油口與液壓缸弼負(fù)載腔油路，液壓缸按伺服 閥輸人指令工作。閥2左控制腔與低壓油路問的節(jié)流孔6起到減緩閥芯左移的速度，以減小閥芯打開時(shí)的壓 力沖擊，這對(duì)力干擾要求高的訓(xùn)練模擬器伺l服系統(tǒng)是很必要的。如出現(xiàn)斷電故障或需要急停時(shí)，即使電 磁閥1處在斷電狀態(tài)(壓力油經(jīng)

8、電磁閥1到達(dá)閥2的左控制腔).由于閥2兩控制腔設(shè)計(jì)成差動(dòng).左腔面積大， 右腔面積小，所以油壓推動(dòng)閥蒼右移，使閥2工作在左位狀態(tài)，切斷伺服閽與液壓缸之間油路，同時(shí)使高 壓油到達(dá)液壓缸有桿腔，迫使液壓缸活塞桿收回。此時(shí)液壓缸無桿腔經(jīng)過節(jié)流閥3通低壓油路，液壓缸話 塞桿收回的速度由節(jié)流閥3設(shè)定。切換閥2差動(dòng)設(shè)計(jì)的目的是保證閥芯可靠切換，也就是保證平臺(tái)可靠收回。二位四通電磁閥2.差動(dòng)液控閥3節(jié)魂魄4,5.溢 流閥6.節(jié)流孔7.液壓缸8.電i盤伺服閣圖2六自由度平臺(tái)保護(hù)橫塊3防氣蝕功能模塊圖3所示為具有抗氣蝕功能的某電液何服操舵系統(tǒng)故障保護(hù)模塊的原理圖。該模塊能使舵機(jī)選擇伺 服閥控制或手動(dòng)閥控制，它們之

9、間的轉(zhuǎn)換是通過液控閥2和電磁閥1的通 斷電來實(shí)現(xiàn)。同樣斷電故障可以 通過電磁閥1自動(dòng)把舵機(jī)轉(zhuǎn)人手動(dòng)操縱。此模塊的另一個(gè)功能是有很好的抗氣蝕效果。一般的閥控缸系統(tǒng) 中。在液壓缸兩腔各裝一個(gè)低開啟壓力的單向閥就能起到抗氣蝕的作用而對(duì)于船舶這樣的液壓操舵系統(tǒng)， 由于舵面受到較大和較頻繁的波浪干擾負(fù)載，以及液壓管路長(zhǎng)，壓力波動(dòng)大等因素，都是系統(tǒng)產(chǎn)生氣蝕的 直接原因。因?yàn)樵摬俣嫦到y(tǒng)在沒有采取有效的抗氣蝕措施前，氣蝕非常嚴(yán)重，致使舵機(jī)和伺服閥報(bào)廢，且 管路噪聲很大。針對(duì)該系統(tǒng)的氣蝕原因，為此設(shè)計(jì)了圖3所示的抗氣蝕功能模塊，其特點(diǎn)是，除了正常對(duì) 舵機(jī)中補(bǔ)充油液外，還能在管路中發(fā)生壓力沖擊和負(fù)壓時(shí)，有效地防止舵機(jī)中產(chǎn)生氣穴。1.二位四通電磁閥2.二位六通液控閥抗氣蝕單元4、5.溢流閥6手動(dòng)換向閥7舵機(jī)8.電液伺服閥9.蓄能器 圖3抗氣蝕功能的保護(hù)模塊 3保護(hù)模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)液壓故障保護(hù)模塊是依據(jù)控制對(duì)象的要求而專門設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用集成式結(jié)構(gòu)。主集成塊 的油路應(yīng)布局合理，通徑合適，體積小，而且工藝性好。各功能閥首先選用螺紋插裝式或板式安裝。特殊 要求的功能閥一般應(yīng)自行設(shè)計(jì)，如圖1中的載荷限制閥5、6,圖3中的抗氣蝕單元3等。伺服控制系統(tǒng)一般 都有頻寬要求，因此保護(hù)模