電液伺服閥在液壓系統中的故障診斷及分析

【摘? 要】根據電液伺服閥的構成和工作原理，分析了油壓系統中電液伺服閥的故障，并給出了排除故障法，供工程人員進行參考。

【關鍵詞】電液伺服閥;故障診斷;方法分析

引言

電液伺服閥在電液伺服系統中廣泛使用，以控制電液伺服系統的位置、速度、加速度。是將電控制信號轉換成油壓信號的重要組件，系統的質量直接影響伺服閥的性能。如果電液伺服閥在伺服系統中發生故障，能夠正確且迅速地診斷故障位置和原因，對于提高企業的經濟利益將具有重大影響。

1.伺服閥的組成及工作原理

伺服閥由永磁矩電機和噴嘴擋板組成的第一級電液轉換和功率放大以及第二級滑動閥的油壓放大構成。力矩電機由磁性管、上下磁鐵、控制線圈、彈簧管、反饋棒、擋板、電機組合而成的電機組件構成。反饋棒的小球插入到閥芯中央的槽中。噴嘴擋板階段由一個回油孔、兩個固定孔和兩個可變孔組成。當正或負信號電流輸入到線圈中時，力矩馬達的固定磁通量和控制通量相互作用。力矩馬達輸出比例正或負力矩，擋板輸出一定的位移。由此，兩個可變孔的液電阻發生變化，噴嘴擋板級將對應的負荷流和負荷壓輸出到噴槍的兩端，驅動噴槍并沿對應的方向移動。閥芯的運動驅動反饋棒的運動，在力矩馬達上生成反饋力矩。到反饋棒的反饋力矩為止，噴嘴擋板的油壓力矩和根據輸入信號電流產生的電磁力矩平衡，閥芯停止移動。這時閥芯位移為X，對應的輸出流量是Q，閥芯位移或負載壓力是固定值，閥的輸出流量與輸入電流信號成比例。

2.伺服閥常見故障診斷以及分析

（1）伺服閥輸入控制信號但沒有流量輸出。伺服閥是液壓伺服系統的核心組件。當系統整體上油缸無法緩慢移動時，表示伺服閥沒有流量。原因有，A線圈是打不開電路;B線圈引線與插頭焊接斷開;C不輸入信號;D的兩個線圈具有相反的極性;E油回流孔受阻;F油過濾器受阻。具體分析如下。故障A、B、C由輸入力矩馬達線圈的零信號電流引起。當力矩馬達線圈的信號電流為零或輸入信號電流的極性相反時，力矩馬達線圈沒有控制磁通量。因此，因而不能使銜鐵組件繞薄壁中心旋轉，驅動閥芯向對應的方向移動，伺服閥不輸出流量。故障E是噴嘴擋板級的兩個控制腔內的壓力相等，在油返回孔被切斷后，噴槍兩端的驅動力相等。閥芯不能在相應的方向和輸出流程中移動。故障F是在油濾波器部分切斷后，油入口壓力P減小，噴嘴擋板級的兩個控制腔內的壓力降低，閥芯兩端的驅動力不能克服流體力學力K和閥芯的反饋力。因此，閥芯不能在對應的方向上移動，輸出流量為Q。

（2）伺服閥只有一個窗口有流量輸出。在伺服系統中，表示當作動筒僅向一個方向移動，不響應于電控制信號時，或是液壓馬達急速旋轉，不響應于電控制信號時，控制元件的伺服閥具有單向輸出。有失敗的三個理由：A.一個孔口被阻塞;B.一個噴嘴被阻擋;C.閥門芯被驅動。具體分析如下。伺服閥的噴嘴擋板級由1個回油孔、2個固定孔、2個噴嘴擋板可變孔組成。當右孔口D完全關閉時，該控制室內的壓力是OM Pa，另一控制室的壓力是PS/2，閥芯向右側移動，輸出某個負載壓力P和負載潮流。類似地，當右噴嘴孔D0完全關閉時，控制室的壓力是P，而另一控制室的壓力是P/2。閥芯向左移動，輸出特定的負載壓力P和負載流量Q。由于閥芯在閥閥的閥芯和閥袖之間的匹配間隙非常小，所以被堵塞。在系統油不清潔的情況下，油中的污染物容易附著在間隙上，由于來自噴檔級的控制壓力輸出，閥芯不能向對應的方向移動，伺服閥僅具有一個空腔，輸出流和壓力P受到壓力。

（3）伺服閥輸出流量變小。在伺服系統中，當執行器的速度變慢時，伺服閥的輸出流量降低。作動筒的速度與伺服閥的輸出流量成比例。如果流量大，速度就快;如果流量小，速度就慢。從分析來看，閥門的油過濾器部分的閉塞在供給壓力P1P2，即噴檔級控制腔內減少。當向伺服閥輸入信號電流時，閥芯兩端的驅動力比閥芯的反饋力和流體力X之和小，閥芯的行程減少，輸出流量QL減少，作動筒的速度變慢。

（4）伺服閥內泄漏突然變大。當系統內伺服閥的內部泄漏增加時，系統性能變得不穩定，壓力和流動變得異常。而且，由于能源不足的系統，導致系統的能源不足。伺服閥的內部泄露由噴嘴擋板的泄漏和滑動閥舞臺的泄漏這兩個部分構成。一定的泄漏量與噴嘴L的直徑D、噴霧間隙Xfo、孔口直徑do、回油孔直徑D有關。滑動閥級的泄漏與閥芯與閥袖之間的間隙有關。大的間隙會導致大的泄漏;小的間隙會導致小的泄漏。滑動閥階段的泄漏與系統的油的清潔度密切相關。污染物多的情況下，往往會引起閥芯工作前端的磨損。如果它更嚴重，它會使閥芯動起來，并且系統不能正常工作。

（5）伺服閥不受控制伴有漏油現象。伺服閥不受電液伺服系統控制并出現漏油現象。這表明伺服閥的彈簧管破損。油從彈簧管的間隙流出來。彈簧管是高彈性合金鋼制伺服閥的中心部，管壁非常薄，通常為0.06～08mm。力矩電動機受到派出所信號的作用時，彈簧管的應力比屈服極限低，但由于長周期的反復，在薄肉的彈簧管的大角落常常產生裂縫。另外，伺服閥諧振時，彈簧管容易發生裂紋。

（6）伺服閥工作性能不穩定。伺服閥在系統中工作時不穩定，這可能是由于力矩電機永磁不穩定引起的。只要交流退磁過程中的外部干擾磁場不大于磁場強度，則該鋼的工作點在恢復線上工作穩定。此外，磁鋼矯頑力低，嚴禁任何鐵接觸永磁。避免永磁局部退磁。磁路中磁通分布的畸變影響閥門的性能。

（7）伺服閥有嘯叫現象。在電液伺服系統中，如果能聽到嚴厲的叫聲，那就是伺服閥有叫聲的意思。外殼是一種嚴重的斷層現象。當吹笛時，力矩電機的電機組件處于高頻強制振動中，彈簧管常常產生疲勞破壞。有伺服閥口哨的內部及外部原因。內部原因與伺服閥的結構參數有關。如果能夠適當地調整力矩馬達的固有振動頻率，則在特定的情況下，力矩馬達的固有振動頻率可以偏離外壓脈動頻率。那個可以排除外殼。外部原因與用戶有關。為了使油源壓力脈動振幅最小化，抑制伺服閥的口哨，可正確設計和安裝油源系統。

（8）伺服閥分辨率過大。在電液伺服系統中，系統響應較慢，如果作動筒不規則地振動或振動，有時會導致伺服閥的高分辨率。伺服閥的分辨率很大，故障的原因有兩個。A.機油濾清器部分阻斷;B.閥芯的摩擦很大。在上面已經對A的特定原因進行了分析，在此不進行說明。故障B是因為閥芯與閥袖之間的間隙非常小，向間隙的油中的污染物使滑動閥段的摩擦增大，伺服閥的分辨率上升，系統響應變慢。

（9）伺服閥零過大。在電液伺服系統中，輸入大的電流信號，系統的作動筒或馬達保持靜止時，表示伺服閥的零過大。有三個具體原因：A.一個孔口會被阻斷;B.噴嘴會被阻斷;C.油過濾器會被部分阻斷.具體造成這樣的原因在上面已經解釋了。

3.總結

在電液伺服系統中，伺服閥對油污染尤其是噴嘴擋板結構最為敏感。噴嘴與擋板的距離為0.03～0.05mm，閥芯與閥袖的間隙為0.003～0.05mm。即使污染物通過噴嘴擋板或閥芯和閥門套管驅動，伺服閥也會正常運轉或工作性能下降。因此，在電液伺服系統中，工作液不潔凈的情況下，會影響產品性能，會縮短其壽命，嚴重不能使其運轉。所以應特別注意系統工作液的清潔性，必須在伺服閥的入口前配備標稱過濾度10m以下的油過濾器。

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作者簡介：王艷婷（1987.2-），女，，天津人，研究生，中級工程師，研究方向為液壓伺服控制系統。

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