液壓伺服閥故障分析及處理

楊國安　陸　平

(牡丹江恒豐紙業股份有限公司,黑龍江牡丹江,157013)

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·液壓伺服閥·

液壓伺服閥故障分析及處理

楊國安陸平

(牡丹江恒豐紙業股份有限公司,黑龍江牡丹江,157013)

摘要：介紹了牡丹江恒豐紙業有限公司10#紙機的壓榨、雕印、施膠系統的液壓伺服閥控制原理，并結合實際應用闡述MOOG伺服閥D633系列的維護經驗和故障處理方法。

關鍵詞：液壓；伺服閥；故障處理

特種紙機的壓榨系統(包括一壓、二壓和雕印)以及施膠機和卷取系統都是由液壓站提供動力的。控制這些設備按要求運行的一般是采用美國穆格公司生產的D633系列伺服閥,該伺服閥具有調節和換向功能,所以通常也稱為換向比例閥,本文簡稱為D633比例閥。

無論控制特種紙機壓榨系統還是施膠機或卷取系統,都是要求某個動輥能夠在分開方向和關閉方向(包括接觸和加壓)進行分步驟精確控制。以牡丹江恒豐紙業有限責任公司10#紙機的二壓工作原理為例(如圖1所示),當D633比例閥自身發生故障,或者因為油質等外界因素導致D633比例閥故障,都會使D633比例閥停止工作。如果是D633比例閥電路或接線故障,D633比例閥在兩側彈簧作用下會恢復中間位置,保證控制設備保持原有狀態。如果是油質中含有顆粒雜質堵塞D633比例閥閥芯,控制設備就不能保持原有狀態。本文就牡丹江恒豐紙業有限責任公司10#紙機的壓榨系統中D633比例閥在使用過程中遇到的典型故障及處理方法進行介紹。

1D633比例閥工作原理

圖2所示為D633比例閥的結構。D633比例閥是直動式比例閥,它具有閥芯位置反饋功能,可以實現閉環控制。閥芯由永磁式線性馬達驅動,它可以靈活地從彈簧對中位置雙向驅動閥芯。與只能產生單向驅動力的比例電磁閥相比,它具有雙向驅動力的優點。D633比例閥位置傳感器和線性力馬達形成閉環控制是通過集成電路板實現的。驅動閥芯位移信號是電氣信號通過電路板轉換為脈寬調制信號,再由脈寬調制信號來驅動線性力馬達。D633比例閥在正常工作中,閥芯位移信號與指令信號進行比較,系統輸出比例信號,推動閥芯移至指定位置。

1.1D633比例閥功能

圖3為D633比例閥的功能示意圖。從圖3可知,該閥可應用于三通、四通的節流型流量控制閥。其中閥口P為壓力入口,閥口A和閥口B作流量控制閥口,閥口T為回流出口。10#紙機比例閥是由DCS發出0至±10 V指令信號控制。如圖3所示,當發出+10 V信號時,閥口100%全開，且閥口P和閥口A溝通、閥口B和閥口T溝通。指令信號為0時,閥芯居中。當發出-10 V信號時,閥口-100%全開，且閥口P和閥口B溝通、閥口A和閥口T溝通。如果要應用在三通節流型流量控制閥時,必須根據需要將閥口A或閥口B堵死。

圖1　10#紙機二壓工作原理

圖2　D633比例閥的結構

圖3　D633比例閥功能

2故障現象

圖4所示的比例閥控制柜中有壓榨系統中的一壓、二壓和雕印共3個分部的D633比例閥,每個分部有兩個D633比例閥分別控制傳動側和操作側,共計6個D633比例閥。故障發生之前,這3個分部測試第一次都正常工作,當測試第二次時就不能正常工作了,而且3個分部動輥都是在分開位置。在DCS系統畫面查看3個分部輸出的控制信號和閥位反饋信號都正常。

圖4　比例閥控制柜

3故障分析及處理

圖5　D633比例閥接線

由于是6個D633比例閥同時發生故障,所以判定不應該是比例閥故障。到DCS系統I/O柜端子測量±10 V輸出信號和比例閥控制柜端子測量控制信號一致。通過D633比例閥安裝圖紙發現,這6個D633比例閥是由一路24 V電源驅動。那么除了設備原因等外界因素之外,只能是D633比例閥電源了。當測量每個D633比例閥24 V電源時,發現電壓只有18 V左右,約30 min后,24 V電源空開跳閘。由于6個D633比例閥共用一個24 V電源,所以逐個拆線測量,發現控制二壓操作側的D633比例閥24 V線圈阻值很小(用萬用表測量已經導通了)。發現了故障點后,將D633比例閥更換,送上24 V電源之后,6個D633比例閥進入正常工作狀態。

需要說明的是,如圖1所示的位號為G2YH211的液壓安全閥24 V工作電源,是通過DCS系統DO模塊控制的,不是24 V電源空開控制。這個DO模塊輸出24 V電源與液壓站壓力、兩側D633比例閥控制壓力差和壓力上限等保護信號有聯鎖控制,從而保護現場二壓的相關設備。

4故障分析總結

上述故障雖然處理方法不是很繁瑣,但是由于第一次測試正常,認為D633比例閥不能同時發生故障,以及D633比例閥電源軟故障接地。導致處理故障時間很長,造成生產不必要損失。總結故障原因,在DCS畫面上沒有看到D633比例閥真正閥位反饋是導致處理故障走彎路一個重要原因。查看D633比例閥資料和閥體接線圖發現,該閥門有4～20 mA閥位反饋信號,如圖5比例閥接線所示。事后查看其他機臺壓榨部等設備,D633比例閥都沒有安裝比例閥閥位反饋信號。

4.1D633比例閥閥位反饋測試

為了證明閥位反饋信號功能,根據圖5的D633比例閥接線,用24 V直流電源、+10 V/-10 V信號發生器、萬用表連接測試一下D633比例閥閥位反饋信號。連接測試如圖6所示。

圖6　連接測試

通過圖6所示接線,得到結論是當發生器輸出-10 V信號時,萬用表測得信號是4 mA；當發生器輸出0信號時,萬用表測得信號是12 mA；當發生器輸出+10 V信號時,萬用表測得信號是20 mA 。那么對應的比例閥閥位反饋應為4 mA是-100%、12 mA是0、20 mA是+100%。

4.2閥位反饋測試應用

通過3.1測試得出的結論,完全可以將閥位反饋信號(端子B和端子F)接線安裝在D633比例閥控制柜端子排上。當發生類似故障時可以到端子排用萬用表測量,根據電流信號推斷出真正閥位反饋值。

如果DCS系統有空余AI通道,可以將閥位反饋信號做到相應比例閥控制界面上,這樣可以實現閥位實時監測和故障監測。其閥位反饋編程邏輯如圖7所示。

圖7　閥位反饋編程邏輯

5D633比例閥應用要求

根據D633系列MOOG閥技術參數要求,D633比例閥在使用中對液壓油的壓力、溫度、油質清潔度有一定要求。

5.1工作壓力范圍

比例閥閥口P、A、B和T壓力≤350 bar(5000 psi)。(注1bar=100 kPa)

5.2溫度范圍

溫度范圍包括環境溫度和油液溫度,分別是-20~60℃(-4~140℉)和-20~80℃(-4~170℉)。在實際應用中，油溫保持在40℃工作狀態最好。

5.3油質清潔度

液壓油流體清潔度顯著影響比例閥性能(閥芯位置精度、高分辨率等)和磨損情況(節流邊、壓力增益、泄漏等),所以油質十分重要。根據液壓油清潔度標準,MOOG廠家推薦兩個清潔度等級,分別是一般使用和較長壽命使用。

(1)一般使用等級：IOS 4406<15/12。

根據標準為：大于6 μm顆粒數范圍在160～120個(1 mL中的顆粒數)；大于14 μm顆粒數范圍在20～40個(1 mL中的顆粒數)。

(2)較長壽命使用等級：IOS 4406<14/11。

根據標準為：大于6 μm顆粒數范圍在80～160(1 mL中的顆粒數)；大于14 μm顆粒數范圍在10～20(1 mL中的顆粒數)。

牡丹江恒豐紙業有限責任公司采用歐洲生產的液壓油激光顆粒分析儀進行檢測,它可檢測每100 mL液壓油中直徑為4、6、14、21、25、38、50、70 μm雜質顆粒。

6結語

上述D633系列伺服閥在生產過程中出現的故障現象和故障處理過程是筆者在實際工作中總結出的一些經驗,在處理過程中也獲得一些體會,希望處理故障的方法和思路可以供同行借鑒。

參考文獻

[1]HUO Huai-cheng. Analysis and Elimination of Faults in the Hydraulic System of Papermaking equipment[J]. China Pulp & Paper, 2007, 26, (2): 69.

霍懷成. 造紙設備液壓系統故障的分析與排除[J].中國造紙, 2007, 26(2): 69.

[2]CHEN Qin-zhang. Maintenance and Common Fault Diagnosis of Hydraulic Equipment[J]. China Pulp & Paper, 2005, 24(2): 61.

(責任編輯：常青)

Fault Analysis of Hydraulic Servo Valve

YANG Guo-anLU Ping*

(MudanjiangHengfengPaperCo.,Ltd.,Mudanjiang,HeilongjiangProvince, 157013)

(*E-mail: mdj.lp@139.com)

Abstract：The hydraulic servo valve control principle of press, carving and surface sizing systems in PM10 of Mudanjiang Hengfeng Paper Co., Ltd. were introducted. The maintenance experience and fault processing method of MOOG servo valve D633 series were presented based on the practical application.

Key words：hydraulic; Servo valve; fault analysis

收稿日期：2015- 07-21(修改稿)

中圖分類號：TS737+.3

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.02.009

作者簡介：楊國安先生, 工程師；主要從事自動化儀表系統維護以及項目設計工作。