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如何分析和排除电液伺服阀的常见故障


《液压维修》 / 2012-04-22

    电液伺服阀的常见故障有哪些?其故障原因是什么?如何排除?


    (1)伺服阀不动作P550320,导致执行元件不动作
    伺服阀不动作的故障90%以上是由于尘粒。具体原因如下(以喷嘴一挡板式介绍为主,如图3-47所示为力反馈式电液伺服阀的结构)。
    ①组成伺服阀的某些零件破损。
    ②力马达、力矩马达故障。
    ③滑阀式阀芯因污物卡死在阀体(阀套)内,如图3-47中的滑阀9的阀芯被卡死在阀体10内。
    ④喷嘴6被污物堵塞。
    ⑤污物黏附在挡板(反馈杆)5上,将挡板顶死。
    ⑥滤油器8的滤芯被污物堵塞,压差过大,使滤芯破碎脱粒,而引起节流孔、喷嘴或其他管路堵塞。
    ⑦力矩马达线圈12断线,插头插座的接线柱脱焊、松脱、短路等现象。
    ⑧与伺服放大器的接线错误或接线不良。
    ⑨供油压力没有调节到lMPa以上,控制压力太低。
    ⑩阀安装面进出油口装反了。
    ⑩阀安装的平面度差,安装不良使阀变形。     

   排除方法如下。   
    ①拆修伺服阀,破损了的零件予以更换或做出适当的处理。    
    ②拆开阀体10上的左右端盖(图中画成一体),取    出滤油器8的滤芯,检查污物堵塞与破损情况:污物堵塞者,用手指堵住滤芯一端,用注射器往另一端注射干净煤油进行清洗,以油液均匀缓慢流出为好;如滤芯破损,应更换新的滤芯。
    ③清洗节流孔7两端(节流孔设在滤芯堵头上)及左右端盖上的通油孔。
    ④清洗喷嘴、挡板、阀芯、阀套(图上未画出)和阀体10上各油路孔。注意阀芯有方向要求,不能调头装配。装阀芯9时将阀芯放在中间位置,再装喷嘴挡板5,其下端的小球插入滑阀9阀芯的中间槽内,须一边转动阀芯的方向,一边将小球插入阀芯。插入时不可硬顶,装好后,用手稍稍推动阀芯,看其是否自由对中。
    ⑤检查力矩马达线圈电阻,断线者接好,插头插座松脱者应焊牢,避免接触不良,断线短路等情况。
    ⑥检查液压站油液压力,供油压力不得低于lMPa。
    ⑦与伺服放大器的接线不正确者,予以更正,接线不牢者重新焊牢。
    ⑧修平阀安装面,保证平面度误差要求。
    ⑨伺服阀进出油口装反者予以更正,并检查所接管路情况。


    (2)经常出现零偏(零位偏移)
    零位,又称中间位置,对图3-47所示的伺服阀而言,阀的零位是指负载压降pL=0,阀的输出流量QL =0时,阀芯和衔铁挡板组件所处的几何位置。虽然希望阀在零位时的输入电流为零,但通常此时的输入电流不为零。为使伺服阀处于零位时所需的输入电流与额定电流值的百分比称为伺服阀的零位偏移。
    本故障是指零位经常变化,且零位偏移量大,产生故障的原因和排除方法如下。
    ①伺服阀本身的原因造成的零偏超出和不稳  如压合或焊接部位的衔铁组件松动,内装的滤油器被污物堵塞,压合的喷嘴松动,喷嘴被污物堵塞等。一般民用伺服阀都有外调零装置,要求零偏不大于3%,可采用下述方法解决零偏超出。
    a.对于有阀套的伺服阀.可以松开端盖螺钉,调节阀套位置来调节零偏。
    b.对于无阀套的伺服阀,或者用上法不能纠正过来的伺服阀,可以交换节流孔两边的位置或另换一组节流孔来调节零偏。
    c.利用修研力矩马达气隙纠正零偏也是行之有效的方法P165705,图3-47中力矩马达四个螺钉13的拧紧程度直接影响到力矩马达四个气隙的大小。这四个气隙组成桥路,成差动状态工作。一般每个气隙厚度a=0.25mm,力矩马达衔铁运动工作距离为8/3,零偏为1%的气隙变化值
    △=δ/3×1%×1/2
    =0.25/3×1/100×1/2
    =0.0004 (mm)
    =0.4(μm)
式中1/2是考虑力矩马达四气隙成差动工作。由以上计算可知,力矩马达气隙变化0. 4μm就会引起1%的零偏,因此力矩马达四螺钉拧紧力矩应一致,调节时要特别注意清洁,不能弄脏力矩马达。
    d.对于衔铁组件的松动,可在支承与衔铁、支承与挡板的配合面边缘采用激光点焊。
    ②油温变化引起零位偏移油温变化,导致油液黏度变化,泄漏量改变,引起零位偏移。为保证正常工作,可在油路中加装油冷却器和加热器,将温度控制在所需范围内。对电液伺服阀一般要求油温每变化40℃时,阀的输入电流要能限制在2%以内.
    ③油源压力大幅度变化导致零位大幅度变化  伺服阀的供油压力Ps -般可按Ps一1.5( pL+PT)选定(九为伺服阀的负载压降,pT为伺服阀的背压值),通常可在1~7MPa
的范围内取一定值,并在阀前加装蓄能器进行稳压。
    ④油液污染严重,油中污物颗粒较多  可对液压回路进行清洗并更换干净油液,在阀前装设高压滤油器,并提高其过滤精度。
    ⑤对于零位不能调整(在零位调节螺钉回转的范围内调不出零位)的情况,要使供油压力Ps调到大于lMPa的压力值。另外,清洗内装的滤油器及其两端的节流孔。
    ⑥伺服阀堵塞和喷嘴松退的影响,可定期进行清洗,喷嘴松退时,要重新调试,使其恢复正常工作。
    ⑦保证电气零位与机械零位重合保证电气零位与机构零位重合,可以使弹性元件在阀处于零位时不受力,这样弹性元件的刚度随温度变化时就不会影响零位。具体做法是:在装配中注意使滑阀在喷嘴不起作用、反馈杆不受力时处于零位,这就是机械零位;在喷嘴投入工作时,使滑阀在弹簧管不受力的情况下仍然处于零位,这就是液压零位与机械零位重合;在装上力矩马达的线圈和磁钢后使滑阀仍处于零位,即电气零位与机械零位重合。另外,选用弹性模量、温度系数很小的材料(如恒弹性模量材料)也可直接减少弹性元件造成的温度零偏。
    ⑧提高机械对称性提高零件加工对称度和装配对称性,选用相同材料、线胀系数一致或接近的材料制造有关零件,可以减少热膨胀引起的零偏。有对称要求的零件主要是阀体、阀套、阀芯及衔铁组件。
    ⑨提高液压对称性为了减少黏度随温度变化造成的零偏,应尽量保证液压放大器的液压对称性,并尽量减少黏度对流动特性的影响。为此要求节流孔的孔形好、无毛刺、节流长度尽量小,要求喷嘴孔形好、端面环带尽量窄、没有毛刺。节流孔和喷嘴基体具有足够高的硬度,孔形和环带应进行磨削加工。
    ⑩加大阀芯位移量加大阀芯位移量的目的在于在发生零偏时,尽量减少零偏的相对效应。根据分析,各种温度零偏都与滑阀最大位移量成反比,所以,适当加大位移量是减少温度零偏影响程度的一项有效措施。由此造成的流量及力矩马达负载的变动,可以通过调整方孑L宽度和磁钢充磁水平来进行补偿。
    ⑥提高开环增益力反馈电液伺服阀是一个闭环自动调节系统,而温度零偏是温度干扰引起的稳态误差。所以,提高此系统的开环增益,可以减少温度零偏。具体做法是提高磁钢的充磁水平,从而提高电磁耦合刚度;同时加大力矩马达的气隙长度,使电流力矩常数保持不变。这样可以提高l/Ke(Ke为力矩马达综合刚度)值,从而提高开环增益,减少温度零偏。
    ⑩使伺服阀各级同时都处在零位
    a.在装配时,必须保证四个气隙相等。通过更换调整垫片和上下导磁体来保证四个气隙几何尺寸相等,为便于调整,磁钢先不要充磁。
    b.在试验台上对伺服阀逐级调零。具体方法是:去掉作用在阀芯端面上的控制压力,先调反馈杆和阀芯阀套的零位。将节流孔换成无孔塞堵。首先将阀套调至阀体中间,装上衔铁组件,将衔铁组件的横向位置定好。然后开动试验台,调整衔铁组件的纵向位置,使伺服阀两负载腔压力相等。将衔铁组件固定好。再将无孔塞堵换成节流孔,在试验台上调喷嘴位置,使喷嘴腔压力Pi =P2 =Ps/2,并使此时两负载腔压力相等。最后装上已调好气隙的磁钢和导磁体。如果零位稍有变动,再次更换调整垫片,直至阀芯恢复零位为止。完成上述调整后,均匀紧固力矩马达螺钉和阀芯端盖螺钉。
    ⑩两喷嘴的压差应不大于0. 3MPa对于高精度伺服阀,两喷嘴腔几何形状不对称直接影响液压参数的对称性。几何形状不对称的部位有固定节流孔直径、可变节流孔直径及其入口处90。锥角和喷嘴孔口形状等,如可变节流孔入口处90°锥角大小影响流量系数C1,又如喷嘴孔口处如有塌边,则液流不会全部射向挡板,故零位不对中。当几何形状不对称引起的零偏很有规律的情况下,提高温漂精度的办法有两个:一是对换左右节流孔,用两固定节流孔的差异来弥补喷嘴孔的差异;二是更换喷嘴体,重新调整。
    ⑩必须提高滑阀与套筒的加工精度,减小形位公差,减小摩擦力  对于高精度伺服阀,滑阀与套筒配偶件的配合间隙一般控制在0.002~0. 003mm;同时,滑阀与套筒配合副的形位公差要求也相当高,因此只要有一个高点,此阀的温漂就达不到要求。减小温漂的唯一办法只有研磨套筒,扩大间隙,减小摩擦力。但必须注意,此方法只能在静耗量合格的情况下才能采用。
    ⑩对于由于电气零位变化引起的伺服阀零偏,不能用四个螺钉的松紧来调整,而是一要提高装配技术水平,二是电气零位的调整要合理选用垫片。
    ⑩伺服阀工作时P526415,阀芯控制边前后压降大,若四边滑阀工作在最大功率点上,则控制边上的压降为油源压力的三分之一,只要阀芯有一微小开口,压力油便高速掠过控制边,油液中的颗粒将冲蚀控制边锐缘,产生冲蚀磨损,如图3-48所示。控制边锐这种冲蚀磨损严重影响伺服阀的零位特性和控制精度。尤其是当角被冲蚀污染较严重时,这种冲蚀磨损发展很快,伺服阀很多是因此而失效造成寿命缩短的。    图3-48控制边锐角被冲蚀


    (3)伺服阀的输出流量少
    ①供油压力低时,可适当提高供油压力(Ps)。
    ②对输入伺服阀流量不足时,可增加供油量,并消除和减少系统其他部位的内漏和外漏。
    ③对伺服放大器的输出功率不够的情形,则先检查输入伺服放大器的输入信号是否正常,检查伺服放大器是否有其他故障并加以排除。
    ④对于内装的滤油器被污物堵塞的情形,要对液压回路和伺服阀进行清洗并换油,特别要注意工作油中的胶状异物产生的堵塞。


    (4)伺服阀的动态特性差,频率响应迟滞,系统过渡过程的响应速度减低,而超调量增大
    对电液伺服阀而言,是指伺服阀输出流量的幅值和相位角不能在较大的频率范围内跟随输入的电流信号变化,而产生的流量幅值的减少和相位角的滞后却较大。伺服阀的动态特性受供油压力、输入信号(机械位移或信号电流)的幅值、油液的性质、油液的温度等外部因素,阀本身的结构参数、力矩马达的纯刚度和固有频率、反馈杆的刚度、前置级的流量增益等内部因素的影响。改善的具体办法如下。
    ①提高供油压力,可以提高速度放大系数,提高伺服阀和系统的灵敏度,响应速度加快。但是一般来说动态和静态稳定性是一对矛盾,当供油压力超过某一极限值时,系统就要发生振动,变成不稳定(下述情况也是如此)。
    ②油温、油液黏度的变化影响系统的动态性能。油黏度大,系统的响应速度降低。为使动态特性较好或在使用中不过多变化,应选用合适黏度的油液,并且油温应控制在一定范围内以消除油温变化对黏度的影响。
    ③系统的背压适当增大,可提高稳定性,但动态特性变差,所以系统应有适合的背压要求。
    ④对输入信号(如电流值)的幅值应控制在一定范围内。
    ⑤增大伺服阀开口周边的宽度,可使流量放大系数增加,提高系统的灵敏度,使响应速度加快,同样也要注意对系统稳定性的影响。
    ⑥采用正预开口的滑阀,如图3-49 (c)所示,其流量放大系数大,对流量控制的灵敏度高,动特性较好,但同样也是稳定性差。
    ⑦机械反馈间隙的存在使超调量的调节时间增大,因此应尽量减少反馈间隙。
    ⑧伺服液压缸面积增大可提高系统的刚性,增加了系统的稳定性,但动态特性通常变差。
    ⑨伺服液压缸及连接管路含油的总体积增大,对系统的动态特性没有任何好处,即使系统稳定性也变坏。
    ⑩力矩马达的磁滞现象和伺服阀各构件的静摩擦力大,引起动态性能变坏,必须尽力减少力矩马达的磁滞现象和伺服阀内各构件的摩擦力,提高零件加工精度。
    ⑩伺服阀安装面的平面度误差大时H-be 16SF 10400200,必须消除其对阀和系统动态特性的影响。
    ⑥阀芯处于静止状态时,脉动的油源压力会不断把等于或稍大于径向配合间隙尺寸的颗粒挤入阀芯和阀套之间的径向间隙,引起阀芯的污染阻滞,因此而增大阀芯运动的摩擦力,降低伺服阀的响应速度,增大滞环。


    (5)伺服阀的稳定性差,稳态误差大,产生振动
    伺服阀用于自动控制的目的在于使被调量按照所要求的规律变化及保持在某一恒定值,这就提出了一个精度问题。系统的稳定性可用稳态误差表示。引起系统输出量(精度)变化的原因,一个是对控制作用而言;另一个是对外界扰动而言。
    对于恒值调节系统,输入的控制作用是不变的,引起被调量变化的是外界扰动,因此误差一般是对外界扰动而言的;对于随动系统,输入的控制作用是在不断变化的,而外界扰动往往不是主要的,因此其误差一般是对输入控制作用而言的。
    液压伺服机构的稳态误差分析,要视具体使用情况而定。例如作仿形刀架用,它的误差就是输入作用和外负载力两者所引起;如果只作为随动机构控制一个质量负载,那么其误差仅由输入的控制作用所引起。使系统产生不稳定,甚至振动现象的原因如下。
    ①因执行机构和被调对象的摩擦特性、低刚度和低速度下引起不连续振动——爬行。
    ②油液内有大量空气存在,液压泵的油压脉动及油的可压缩性增加,产生不稳定的连续振动——爬行。
    ③连接控制阀和伺服缸之间的管道弹性变形。
    ④反馈机构中的间隙。
    ⑤外来干扰时,例如载荷、速度、油压等的突变,会产生自振。
    ⑥射流管式伺服阀在供油压力高时容易振动。
    ⑦随动速度越大,系统的稳态误差也就越大。
    ⑧作用于伺服缸的负载力越大,系统的稳态误差也越大。
    ⑨系统不灵敏区的影响(死区的影响)。产生死区的原因有机械信号传递机构中的间隙和机械变形。当信号传递机构中存在间隙时,首先要克服这些间隙后输出机构才能产生输出运动,同样在信号传递机构中有力的传递要引起机械的机械变形,只有克服这些变化之后,输出机构才能产生运动。另外图3-49 (a),因为是正遮盖,存在死区;系统中各部分的泄漏也增加了死区。死区的存在或死区的宽窄变化,导致系统不稳定。
    为了提高系统的稳定性,可采取下述措施。
    ①例如增大伺服阀的直径,系统的稳定性变差;伺服缸的活塞面积增加,系统的稳定性提高;液压缸油腔体积增加,系统稳定性降低。故要正确选择随动阀的结构参数。
    ②适当减少执行机构和被调对象运动部件的质量,可使系统的稳定性变好。
    ③系统中弹性环节的刚度提高时,可使稳定性增加。
    ④适当降低被调对象的运动速度,可提高稳定性。
    ⑤流量增益小的伺服阀可增加系统的稳定性。
    ⑥在阀与缸之间或液压缸两腔之间设置附加阻尼,可提高稳定性。


    (6)无信号输入,但执行机构向一边移动
    此时可检查喷嘴与挡板之间的距离是否相等,工作气隙是否不相等,是否一个喷嘴堵塞,通向喷嘴的节流通道被堵塞,主滑阀卡死在某一位置,形成单边开口等。根据情况逐个排除。


    (7)静耗量增大,压力增益下降
    ①由于磨损,滑阀与套筒之间的配合间隙增大,从而导致系统供油不足29511308,性能下降。应严格控制滑阀与套筒之间的配合间隙、形位公差、表面粗糙度等,并提高滑阀、套筒的耐磨性。
    ②窗口塌边时,可用流量配磨方法,严格控制窗口搭接量,保持窗口锐边。

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