两级电液比例方向阀常见故障与排除方法

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电液比例方向阀是电液比例控制技术中的核心元件，它既可以根据输入电信号的大型极性连续成比例地对液压系统的流量 、方向进行远距离控制，又在制造成本、抗污染、节能等方面优于电液伺服阀，且其动、静态特l生也能满足-般的工业应用要求，因此广泛应用于对控制性能要求不高的-般工业部门。但在实际工业应用中，由于受到温度、振动、阀芯磨损、脏物堵塞、机械加工精度和比例控制器等因素的影响，导致比例方向阀各项性能下降甚至失效，从而使系统不能正常工作。因此研究其常见故障与诊断的方法具有实际意义。

1 油液污染比例 方 向阀对油 液的 污染度通 常要求 为NAS1638的 7、 8、9级 (ISO： 17/14， 18/15，19/16级)，决定这-指标的主要环节是先导级。虽然电液比例阀较伺服阀的抗污染能力强，但在实际工业应用中，由于受到工作环境的影响，液压油中常常混入了较多的粉尘和金属颗粒等污染物，致使很多故障由油液污染所引起。在电液比例控制系统中，油液污染容易造成比例方向阀等阀类元件的阀芯、阀座卡死。

1.1 油液污染常见失效模式1.1.1 淤积失效比例方向阀的阀芯与阀套的配合间隙为2-6rn。当阀芯静止并处于受压状态时，污染物中与半径问隙尺寸接近的颗粒就有可能随着油液的流动淤积在阀芯与阀套之问。随着污染物的聚集，阀芯与阀套间的滑动摩擦和静摩擦力逐渐增大，使阀的响应变慢，当污染物聚集严重导致堵塞时，阀芯可能会无法动作。

1.1.2 卡阻失效比例阀在工作-段时期后，由于阀芯并不是始终工作在全行程工况，二级比例方向阀结构示意图如图1所示，阀芯、阀套出现不均匀的磨损，它们的配合间隙存在差异，阀体在工作时受液动力的作用产生侧向载荷，造成阀芯与阀套的卡紧，使阀芯在阀套中的滑动不平稳 ，严重时阀芯会卡阻在阀套内。见图1。

1.1.3 冲蚀 失效冲蚀失效是由比阀芯或阀套的表面更硬的颗粒冲蚀阀芯的节流棱边引起的。如图2，在阀芯开 口较小时，液压油中的硬质颗粒冲刷阀芯和阀套的棱边，其作用类似切削加工，当阀芯或阀套的节流棱边被损坏，成为类似钝角时，就会降低阀的压力增益，增加零位泄漏，导致控制功能失效。见图2。

作者简介：陈 效 ，20007月毕业于武汉理工大学流体传动及 控制专业 ，现任 江汉石油管理局第四石油机械厂钻机分 厂工程师，研究 方向：钻机装配及试验，液压故障诊断 。

· 64· 江 汉 石 油 科 技 第23卷2 P B T图1 极间带位移- 力反馈的二级 比例 方向阀A B图2 阀芯 冲蚀 失效 部位1.2 排除方法针对上述由油液污染引起的阀芯、阀座失效 ，总结了以下方式对故障进行排除：(1)充分过滤或更换液压油。

(3)对比例阀阀芯进行研磨，对磨损零件进行配磨或更换。

(4)将输入信号设定为-定频率的正弦信号，使阀芯在阀体内来回快速运动，在高压液压油的冲击下使污染物颗粒带出阀体。

2 比例方向阀零位死区比例阀自身死区、可动部件的摩擦特性和控制线圈的滞环特性等，都是造成阀芯不能获得线性输出的主要因素。比例方向阀通常属于正重叠四边滑阀，其工作特性可分为三部分，如图3所示 ，CD段为阀的零位死区段 ，BC、DE为线性段，AB、EF为l、2- 比例电磁铁3、4-单控制边滑阀5-先导滑阀左控制边先导滑阀右控制边7-反馈弹簧杆8-主阀芯9、1( 机械对中弹簧IL/min) E FC Ii- - O- 4叫0图3 比例方向阀的流量特性示意图叫r 。 ；I强d X/ 。

：. - . - . -J q l0输 量X图4 比例方向阀控制特·眭饱和段。其中，正遮盖造成的零位死区对由其构成的电液比例系统的性能影响尤为严重。

阀芯在通过中位时，执行机构将有-段时间不能响应指令信号，即这类阀存在-定零位死区。比例方向阀流量死区-般 占额定输入值的l5%～20%，如图4所示，且其范围随供油压力、负载和油液温度的变化而变化。在位置闭环时，这种死区将第3期 陈效 ：两级电液比例方向阀常见故障与排 除方法 ·65·影响控制系统的稳定性和动态特性。因此，要获得比例系统的伺服控制效果，就必须尽量减弱比例阀死区对系统的影响。

比例方向阀的驱动信号由控制信号和死区补偿信号组成。死区补偿的目的是通过改变比例阀的输入控制信号，使得阀芯快速通过其中位附近的重叠区，减弱死区的滞后效应，增加系统的响应速度，提高控制精度。目前 比较常用的减小死区的方法有先导电流法和定值补偿法。

(1) 先导电流法比例方向阀的流量特性曲线在靠近零点时，此时额定电流很小，阀没有流量输出。因此，这段不能设定电流 ，对于电流量的调节范围，最好超过20%。通过在控制器上设定最小电流(I )或者通过提高控制器在零位附近的灵敏度来达到有效地消除(或者显著地减小)死区，如图5所示。当最大补偿时，很小的输入信号就使阀芯 跳过”死区，从而消除其影响。

(2) 定值补偿法这种补偿方法是在比例控制放大器中设置阶跃函数发生器，产生继电型非线性控制信号，用以补偿死区。补偿信号的幅值，在调整后仍保持不变(死区定值补偿值)。为保证补偿后系统的充分稳定陛，- 般取比例方向阀可能产生的最小死区范围为补偿值。

当比例方向阀换向，阀芯即将进入中位重叠区时，切换阀的死区补偿电压，对阀的输入输出特性要进行补偿，即在程序中的比例阀输入信号中加人相应的常值电压，使阀芯快速通过重叠区。因此适当的死区补偿电压，可以消除阀的输入输出特性上I(A)死区现象。

3 维修测试中的常见故障及其排除方法(1)阀芯始终处于零位或者偏到阀内-侧：此类现象通常是由阀芯与阀套间摩擦过大，阀芯卡死所引起的，须取出阀芯，用规格为P800～1200的细砂纸对其研磨，同时用干净的液压油对阀芯表面和阀套内壁进行冲洗。

(2)零位死区过大：比例方向阀的零位死区由阀芯自身结构的正遮盖量引起，-般可通过在放大器中设计快跳电路减小死区范围。造成比例阀零位死区过大的因素有很多，例如放大器快跳电路参数设置不正确、阀芯阀套内有杂质颗粒致使阀芯卡死、先导级与主级之间存在泄漏等等♀决此类问题，首先应检查比例放大器中快跳电路的参数设置是否正确；其次，检查先导级与主级间是否有密封装置或密封装置安装是否正确；最后，将比例阀拆开，取出阀芯 ，用煤油将阀芯、阀套冲洗干净，消除油液中的杂质颗粒对比例阀输出特眭的影响。

(3)零位死区不对称：零位死区不对称通常是由于比例阀在长时间高、负荷的工作条件下阀内弹簧的预压缩量发生变化，此时须在压力控制特性测试条件下重新调整比例阀端面上的调节螺钉，直至零位死区呈对称状态。

(4)滞环大：滞环是由电液比例元件内存在的磁滞、运动部件的静摩擦、弹性元件的弹性滞环始终与控制信号变化方向相反造成的。为减小滞环对元件稳态控制特性的影响，放大器的输出电流中闹口奸腹Ug(V) 输入信号图5 电流量补偿示意图 (下转第7O页 )· 70· 江 汉 石 油 科 技 第23卷(上接第65页 )应含有-定频率和幅值的颤振电流，检查比例控制器中控制信号参数设置是否对称。再者，油液中的杂质颗粒物也可造成比例阀的滞环大，所以油液进入比例阀前，必须经过滤精度15 m以下的过滤器过滤，油箱必须密封并加空气滤清器，使用前对比例系统要经过充分清洗、过滤。

4 结语电液比例方向阀作为电液比例控制技术中的核心元件，广泛应用于工程机械、石油、钢铁和冶金等行业，充分了解并熟知其在实际工程应用中的常见故障和诊断及其排除方法是工程技术人员必备技能之-，对工业设备的维护和提高生产效率具有十分重要的意义。当然，随着电液比例阀加工工艺的不断改进、新型工作介质的开发，油液污染和零位死区等因素对比例阀性能的不利影响将会大大减小，基于人工智能和神经网络及各种算法的控制器的不断发展，也会对控制系统提供更有效的解决手段 。