电液伺服阀在液压系统中的故障诊断及分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

电液伺服阀广泛应用于电液伺服系统中，用于电液伺服系统的位置、速度、加速度和力的控制。它是将电控制信号转换成液压功率信号的关键元件，系统的品质将直接受着伺服阀性能的影响。电液伺服阀在伺服系统中出现故障时，若能准确、快速地诊断出故障所在的部位和原因，将对企业提高经济效益有重要意义。

1 伺服阀的组成及工作原理伺服阀由永磁力矩马达、喷嘴挡板构成的第-级电液转换与功率放大和第二级滑阀液压功率放大组成。力矩马达由磁钢、上下导磁体、控制线圈及将弹簧管、反馈杆、挡板、衔铁组合在-起的衔铁组件组成。反馈杆小球插在阀芯中间的槽内。喷嘴挡板级由-个回油节流孔、两个固定节流孔和两个喷嘴挡板可变节流孔组成。当给线圈输入正或负信号电流时，在力矩马达的固定磁通和控制磁通相互作用下。力矩马达将输出成比例的正或负力矩，挡板输出-定位移。从而使两个可变节流孔液阻发生变化，喷嘴挡板级向阀芯两端输出相应的负载流量和负载压力 ，驱动阀芯向相应的方向运动。阀芯运动将带动反馈杆运动，产生反馈力矩反馈到力矩马达上。直到反馈杆反馈力矩、喷嘴挡板的液收稿日期：2012-12-17作者简介：李伟业(1978-)，女 ，青海西宁人，工程师 ，本科，主要研究方向为伺服阀产品设计。

压力矩和输入信号电流产生的电磁力矩相平衡时。阀芯将停止运动。此时阀芯位移为 ，对应输出流量为Q，且阀芯位移或在负载压力为定值时阀的输出流量与输入电流信号成比例。阀的工作原理图见图 1。

1-闽芯 2-节流孔 3-喷嘴 4-衔铁 5-线圈 6-挡板 7-磁钢8-导磁体 9-弹簧管 lO-插头座 11-调整垫片 12-油滤13-反馈杆 l4-可拆卸油滤 l5-第五供油 L图 1 伺服 阀的工作原理图2 伺服阀常见故障诊断及分析2.1 伺服阀输入控制信号而无流量输出伺服阀是液压伺服系统的核心元件。若在整个系统中油缸不动或慢慢爬行，则说明伺服阀没有流量输出。具体原因有六种：a.线圈断路.b.线圈引线与插头焊接处断开；c.无信号输入；d.两个线圈的极性相反；e.回油节流孔堵塞；f油滤堵塞。具体分析如下。

43液压 气动 与 密封/2O13年 第 05期阀芯静态力平衡方程 ：rKnA 8：KxvKhXv式中 - 喷嘴孔轴心线到衔铁组件旋转中心距离；- - 喷嘴挡板压力增益；、，- - 阀芯端面积；挡板转角；K --阀芯液动力刚度。

故障a、b和e是因为输入力矩马达线圈的信号电流为零；故障 d是因为力矩马达两个线圈因输入的信号电流极性相反。力矩马达线圈的信号电流为零或输入的信号电流极性相反，均会使力矩马达线圈内没有控制磁通 .因而不能使衔铁组件绕薄壁中心旋转，喷档级不能输出相应的压力 K 和流量 来驱动阀芯向相应的方向运动，伺服阀无流量输出。故障e是因为回油节流孔堵塞后造成喷嘴挡板级两控制腔内的压力相等，阀芯两端的驱动力相等.阀芯不能朝相应的方向运动而输出流量。故障f是因为油滤部分堵塞后使进油压力P降低，喷嘴挡板级两控制腔内的压力降低，阀芯两端的驱动力不能克服阀芯的液动力 K 和反馈力 ，因而阀芯不能朝相应的方向运动而输出流量 0。

2.2 伺服阀仅有-个控制窗口有流量输出在伺服系统中若作动筒只朝-个方向运动，对电的控制信号无反应；或者是液压马达快速旋转，对电的控制信号无反应时，则说明控制元件伺服阀单向输出。

故障原因有三种：a.-个节流孔堵塞.b.-个喷嘴堵塞 ：e.阀芯卡祝具体分析如下。

伺服阀的喷嘴挡板级是由-个回油节流孔、两个固定节流孔和两个喷嘴挡板可变节流孔组成。若右节流孔d 完全堵塞 ，则此控制腔内的压力为 OMPa，而另-控制腔内的压力为 p ，2，阀芯将向右运动，输出-定的负载压力p 和负载流量 。同理，若右喷嘴孔d0 完全堵塞，则此控制腔内的压力为P ，而另-控制腔内的压力为p /2，阀芯将向左运动，输出-定的负载压力P.和负载流量 Q 。阀芯卡住是因为伺服阀的阀芯和阀套配套间隙很小，-般在 0.03～0.05mm，若系统油液不干净，则油液中的污染物容易卡在间隙内，造成喷档级输出的控制压力无法驱动阀芯向相应的方向运动，所以伺服阀只有-腔输出流量 和压力P 。

2.3 伺服阀输出流量减小在伺服系统中若执行机构的速度减慢 ，则说明伺服阀的输出流量减校执行机构的速度和伺服阀的输出流量成比例，流量大，则速度快 ；流量小，则速度慢。

44从图2的工作原理分析，阀的油滤部分堵塞，会使供油压力p 减小，喷档级控制腔内的压力P， ：减校当伺服阀输入信号电流时，阀芯两端的驱动力比阀芯的反馈力 和液动力 X 之和小，阀芯的行程 减小，输出流量QL减小，所以执行机构的速度减慢。

固定节流孔 固定节流孔图 2 伺服阀喷嘴挡板工作原理图2.4 伺服 阀内泄漏增大伺服阀在系统中内泄漏增大时能够引起系统性能不稳定，压力、流量的不正常。而且对于-个能源不太富裕的系统，将会造成系统能源的不足。由图 2原理图可知，伺服阀的内漏由两部分组成：喷嘴挡板级的泄漏和滑阀级的泄漏 Q 。喷嘴挡板级的泄漏是常值泄漏，滑阀级的泄漏是峰值泄漏。常值泄漏 与喷嘴的孑L径d 、喷档间隙 ，节流孔的孔径 dn和回油节流孔的孔径d 有关，喷嘴挡板级的结构参数已定时，泄漏p 为恒值。滑阀级的泄漏与阀芯和阀套的间隙有关。间隙大，泄漏大；间隙小，泄漏校滑阀级的泄漏还与系统内油液清洁程度密切有关。若污染物较多时，常造成阀芯工作尖边的磨损，更严重时会造成阀芯卡死而不能使系统正常工作 。

2.5 伺服阀不受控并有漏油现象伺服阀在电液伺服系统中不受控并且漏油现象。

弹簧管是伺服阀的核心零件，其材料为高弹性合金钢，管壁很薄，-般在 0.06～0.08mm。若力矩马达在交变信号作用下，弹簧管所受的应力虽低于屈服极限，但是长期反复后 ，经常在薄壁弹簧管大圆角处出现裂纹。另外，伺服阀出现谐振时，也容易造成弹簧管有裂纹。

2.6 伺服阀工作性能不稳定伺服阀在系统中工作时出现不稳定，这有可能是力矩马达部分永久磁钢的工作不稳定引起。磁钢充磁后，要在退磁机上进行交流退磁.只要外界干扰磁场不大于交流退磁时的磁场强度.磁钢工作点就能稳定地工作在回复线上。另外，磁钢材料本身矫顽力低，在使Hydraulics Pneumatics& Seals/No.05.2013用过程中严格禁止任何铁器接触永磁体。以避免造成永磁体局部退磁 。磁路中磁通分布发生畸变而影响阀的性能。

27 伺服阀有啸叫现象在电液伺服系统中，若能听到刺耳的尖叫声，这说明伺服阀有啸叫。啸叫是-种比较严重的故障现象。啸叫时力矩马达的衔铁组件处在高频强迫振荡之中，弹簧管往往产生疲劳破裂。伺服阀发生啸叫的因素有内因，也有外因。内因和伺服阀的结构参数有关。若能适当的调整力矩马达固有频率 ，使力矩马达的固有频率与特定诚下的外界压力脉动频率错开。有可能消除啸叫。外因和用户有关，用户应能正确设计和安装油源系统，使油源压力脉动幅值降低到最低 ，也会抑制伺服阀发生啸叫。

2.8 伺服阀分辨率大在电液伺服系统中，若系统的响应慢，且执行元件爬行或不规则的振荡，则有可能是伺服阀的分辨率大造成的。伺服阀分辨率大，具体故障原因有两种：a.油滤部分堵塞；b.阀芯摩擦力大。故障 a的具体原因分析见2.3条，在此不再多述。故障 b是因为阀芯和阀套之间的间隙很小，油液中的污染物进人间隙后增大了滑阀级的摩擦力，伺服阀的分辨率增大，系统响应变慢。

2.9 伺服阀零偏大在电液伺服系统中，若输入大的电流信号，系统作动筒或马达仍然保持不动，则说明伺服阀零偏大。具体原因有三：a.-个节流孔堵塞.b.-个喷嘴堵塞Ic.油滤部分堵塞。针对故障 a和b，故障原因已在 2.2中分析过，在此不再重复。故障c在2.3中抑析过，也不再多述。

3 总结在电液伺服系统中，伺服阀对油液的污染度最敏感，尤其是喷嘴挡板结构式。因喷嘴和挡板之间的距离仅有 0.03～0.05mm；阀芯和阀套之间的间隙仅有 0.003～0.O05mm。无论污染物卡在喷嘴挡板处.还是卡在阀芯和阀套处，均和造成伺服阀不能正常工作或工作性能下降。所以在电液伺服系统中，工作液不清洁，轻则影响产品性能、缩短寿命；重则使产品不能工作。使用者应对系统工作液的清洁度应予特别重视，并在伺服阀进口前必须配置名义过滤度不低于 10 m的油滤。

4 说明针对图 l结构式的民用大流量伺服阀，在结构上专门设置了三项特殊功能：可拆卸外置大油滤、外调零机构和第五进油孔，它们各自的功能和用途简述如下。

(1)伺服阀在使用中若出现油滤堵塞，用户可以先将盖板拆卸，用 M6的堵将其拔出，拔出时用力均匀，以免损伤胶圈，用注射器和毛刷在洗涤汽油中清洗干净后装入。

(2)外调零机构。当阀的零偏较大时。用户可以在压力降为7MPa下现场调零。其原理是：稍微松开螺母，转动偏心轴就能改变阀套的轴向位置，而此时阀芯的轴向位置不变，故而改变了滑阀级的机械零位，即改变了伺服阀的零偏。

调零方向：顺时针方向旋转时，高压油从负载窗口2输出，反之，则从负载腔窗口1输出。允许偏心轴转动角度为±40。。

(3)第五进油孔的作用是伺服阀的第-级即喷嘴挡板级，和伺服阀的功率级即滑阀级。各用不同的液压源供油，喷嘴挡板级的液压源由第五进油孔引入。因为功率级输出流量变化较大时，往往导致液压源压力波动，特别是对功率不富裕的液压源尤为明显。如果伺服阀的第-级液压放大器和第二级功率级滑阀共用-个液压源，这将导致第-级液压放大器的工作性能变坏，导致伺服阀由于压力波动阀的零位变化较大。动态响应降低，从而使系统的控制精度和动态响应变坏 ，甚至，当液压源的压力波动很大.压力下降很低时。伺服阀不能正常工作。用第五进油孔单独供压将避免上述情况发生。第五进油孔所需液压源的功率是较小的，其液压源提供的流量只需 3-4L/min就可以了.但供油压力要平稳。

(4)除上述特殊功能用户可以调整伺服阀性能参数外，其余故障用户应将伺服阀返厂修理。因为很多用户不了解伺服阀的结构特点，在拆卸时很容易造成零件的损坏，例如有的用户强行将阀芯从阀套内取出，造成反馈杆小球被切断，这样造成伺服阀关键零件的损坏，而且返厂修理时费用很高，也很费时间。