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如何解决液压伺服阀的故障问题
发布时间:2016-11-09   点击次数:5129次

1.简介

在液压伺服系统中,伺服阀是用于电液速度、电液压力、电液位置和电液力控制与调整的高精度控制元件,是电信号与液压信号的桥梁,是液压伺服系统的心脏。伺服阀的使用工况直接影响整个伺服系统的运行稳定性。

在液压伺服系统中,伺服阀故障的70%左右是由油液污染造成的,30%是由压力冲击和电气系统短路等原因所引起的,所以伺服阀的故障分析与排除问题,实际上就是如何控制液压油的清洁度、降低液压系统的冲击和防止电气系统短路等。

2.伺服阀常见故障及原因分析

(1)伺服阀无压力输出。

1)先导阀芯卡死。伺服阀按功率输出规格一般分为一、二、三级控制,在二、三级控制的伺服阀中,伺服阀主阀芯都是由先导阀芯来推动的,先导阀芯卡死通常是液压油过脏,或是阀芯密封圈磨损掉块,先导阀芯、阀套被金属颗粒物拉毛,致使阀芯卡住不能滑动。

2)无控制信号输入。可能的原因是控制伺服阀的UC模块死机或损坏,24V电源断路或短路,信号传输线断或者信号线与伺服阀插头间脱落,伺服阀信号线插头与伺服阀插孔接触不良,伺服阀信号线插头针脚损坏,伺服阀插孔损坏。

3)主阀芯卡死。一般是由于有大颗粒金属污染物进入伺服阀内导致主阀芯卡死在阀套内不能动作。

放大板线路外形图4)伺服阀内置信号放大板烧坏。伺服阀信号放大板是集成在伺服阀本体内的,由一个单独的接线盒安装在伺服阀上,由于伺服阀工作环境不良,可能有水进入伺服阀放大板或者水蒸气在伺服阀放大板上形成凝露,导致伺服阀放大板短路,使得放大板上的电气元件(电阻、电容、信号线插头等)损坏;24V (12V)直流电源电压超过伺服阀允许的范围、电源线接反也会造成伺服阀内置信号放大板损坏。图194所示的是由于水蒸气在伺服阀放大板的电阻上形成了凝露,导致放大板上的电阻短路烧坏,致使整个放大板损坏。

5)先导级损坏。在射流管伺服阀中,一般是由于油液的清洁度低导致射流管堵塞或者是由于油液的压力冲击导致射流管开裂、折断,射流管喷射,出去的液压油无法准确的喷射到接收装置内;在喷嘴挡板伺服阀中,一般是由于油液的压力冲击导致反馈杆折断或者是由于油液中的颗粒污染物导致控制油节流孔堵塞。

6)反馈装置损坏。在力反馈伺服阀中,一般是由于反馈装置中有水进入导致力反馈马达线圈烧坏,力反馈杆在外力的作用下变形后导致力反馈杆折断;在电反馈伺服阀中,一般由于反馈装置中有水进入导致反馈碰尺损坏,反馈磁尺的接线断路。

(2)伺服阀压力输出滞后有振荡而实际压力与给定压力不符。

内置过滤器堵塞实物图1)控制油过滤器堵塞。由于油液清洁度低,油液内各种杂质含量高,使得油液流过过滤器时,杂质被过滤器滤掉,大量的杂质堆积在过滤器内部及表面,导致控制油过滤器滤网堵塞,控制油过油不畅,阀芯动作滞后。图195中,左上图所示的是由于油液氧化变质产生了油泥,使得过滤器被油泥堵塞;左下图所示的是由于油液中杂质较多,尤其是一些布屑在经过滤油器时被滤油器滤掉,布屑逐渐的将过滤器堵塞;右下图所示的是液压油内有塑质杂质,一般塑质杂质呈片状,经过过滤器时将过滤器堵塞。

2)伺服阀阀芯运动不畅。由于油液清洁度较差,油液内油泥及固体杂质含量较高,尤其是油泥在阀芯和阀套内长期积累,使得阀芯在阀套内运动受阻,输出压力不能及时的跟随给定值的变化而变化。

3)力反馈伺服阀中反馈杆球头磨损。如图196所示,左图是新的反馈杆球头,表面很光滑,右图是磨损后的球头,球头表面不光滑,有明显的磨痕。反馈干球头磨损一般是由于伺服阀使用时间太长,导致球头超期服役过度磨损;液压油内水分含量高,使得液压油的润滑性能变差,加速了球头的磨损。

反馈杆球头新旧对照 

磨损前后的节流锐边4)阀芯节流锐边磨损或损坏。如图197所示,左上图所示的是新阀的节流锐边,节流锐边重合;左下图所示的是磨损后的节流锐边,磨损后的节流锐边在伺服阀处于中位时泄漏量加大,导致输出压力不稳定。

5)控制反馈电路调整不当而伺服阀阀芯零偏大。

(3)伺服阀出口压力恒定无法调整。

1)伺服阀P口一有压力油输入伺服阀出口就有压力输出,反复调整伺服阀的给定而伺服阀H{口压力无变化,但检测输入信号时有调整信号输入,其原因是伺服阀阀芯卡死在某一开口位置,致使输出压力恒定在某一数值且无法调整。

2)控制反馈电路的零点调节不当,造成零点过高。

3.降低伺服阀故障的措施

(1)提高油液清洁度。

1)提高液压油液的清洁度。

①在液压伺服系统中,要求油液的清洁度控制在NAS4~NAS7级以内,新油液的清洁度一般为NAS8~NAS11级,因此需设置一个备用箱,将新的油液提前加入备用箱进行循环,当油液的清洁度达到伺服系统所要求的等级后再倒人系统再用箱使用;在伺服阀控制油路上设置高精度过滤器,过滤精度为3~5µm的过滤器,过滤器应设有堵塞显示报警装置,过滤器滤芯更换周期为3~4个月;伺服系统的循环系统中,循环滤芯使用高精度的滤芯,一般使用过滤精度为3µm的滤芯。

②定期抽样检查系统内的工作油液,通常为每月检测一次,如果油液的理化性能超过了规定的范围,那么必须更换油液;伺服系统的油箱要定期清洗,一般1年清洗一次,清洗时不得使用容易掉毛的绵丝等,使用面团对油箱的内壁进行清理;为延长油液使用寿命,油温应控制在40℃左右,避免在超过50℃时长期使用,油液在高温条件下长期使用会使油液氧化变质,油液氧化变质后会产生油灰,油灰进入伺服阀内会导致伺服阀先导级卡阻、阻尼孔堵塞、内置过滤器滤芯堵塞。

③在使用电液伺服阀时,应按产品说明书进行安装和维护。安装前切勿拆下阀的底座保护板和先导级控制阀上盖,更不能随意拨动伺服阀的调零机构,以免引起阀内污染、零部件损伤和阀零位偏差等。伺服阀安装前首先要检查底座连接板表面是否光滑、平整及是否有污染物附着,进出油口是否接好,O形密封圈是否完好,定位销孔是否正确等,应将安装伺服阀的阀块表面用的清洁剂清洗干净,防止脏物进入伺服阀内。

2)液压管路的清洁度。

液压伺服系统的油管可用铜管或不锈钢管,管路要提前进行酸洗去除管路内的杂物,酸洗后应使用干净的氮气吹干;管路焊接需要打破口的时候必须使用破口机,打完破口后必须将管路清理干净,在焊接时必须在管路内充氩气后进行焊接,防止在管路内产生焊流进入系统内;管路上有螺纹式管接头的,在管接头连接处不得使用黏合剂或者是生料带。在安装法兰、接头时切勿用容易掉毛的绵丝等物去擦拭连接面,防止异物进入系统使伺服阀卡死。

(2)降低系统压力冲击。

1)为了使伺服阀的控制精度更高,减少伺服阀先导级的压力冲击,可以在伺服阀控制油前设置一个压力补偿器,使得控制油的压力稳定在一个规定的范围内,也可以通过此压力补偿器来调整控制油的压力,满足伺服阀对控制油压力的要求;一般的伺服系统中,伺服阀控制油的压力与系统压力相等,事实上适当降低控制油的压力对伺服阀的阶跃响应不会产生太大的影响,反而控制油压力降低以后可以降低先导级的故障率,从而降低伺服阀的故障率。现拿MOOG D662..P..M系列伺服阀为例进行说明,从图198中可以看出,当伺服阀阀芯开度在50%时,控制油压力每降低10bar阶跃响应降低0.2ms,对于冶金行业的伺服系统来说,阶跃响应时间降低1~5ms对控制精度影响甚微,完全满足现场设备的控制要求,所以适当降低控制油压力可以大大降低伺服阀的故障(见图198)。

MOOG D662..P..M 系列伺服阀 

2)在伺服系统中,压力冲击可以导致伺服阀先导级损坏,比如射流管断裂、先导级端盖开裂等。为了降低系统的压力冲击可以在液压站内设置一组或多组蓄能器来吸收系统的压力波动,在伺服阀的进油管路前设置一个吸震蓄能器来降低压力冲击对伺服阀的影响。

(3)定期检查控制电缆及插头。

定期检查伺服阀插头是否松动,插头的接线是否松动,必要时可以用电气绝缘胶带将伺服阀接线及插头包裹起来,防止水和水蒸气进^伺服阀插头内导致电气系统短路;定期检查伺服阀的控制电缆表面是否完好,有破损的要及时更换,切忌伺服阀控制电缆有对接的接口,必须保证从电气控制箱到伺服阀是一根整的电缆,如果有接口可能会影响控制信号的准确传输。

(4)改善伺服闷的工作环境。由于伺服阀内部集成了电气放大电路,电气放大电路内部如果有水或水蒸气进人后,就会导致电气放大板短路损坏,所以装有伺服阀的阀台应该放置在远离水和水蒸气的地方,并且阀台应放置在密闭的箱体内,箱体内设置通风设施,保证空气流通;还可以在装有电气放大板的接线盒内放置干燥剂,干燥剂定期更换,保证电气放大板表面干燥。

(5)合理使用伺服阀。伺服阀在正常工作时,一般要求阀芯开度不超过75%,如果超过了75%会对伺服阀阀芯造成损害,所以在不影响设备控制要求的前提下,将伺服阀阀芯开度控制在75%以内,可以有效地降低伺服阀的故障率;不论是电流还是电压控制的伺服阀,输入电流和电压都不允许超过额定值的25%,否则会损坏伺服阀的内置信号放大板,所以一定要保证伺服阀的输入信号和电压在规定的范围内。

通过以上对伺服阀故障原因的分析,得出了影响伺服阀性能的几个主要原因.针对各种原因制定了应对措施,伺服阀要严格按照伺服阀的使用要求使用,严格控制液压油的清洁度,尽量减小伺服系统的压力冲击,保证伺服阀在一个良好的工况条件下工作;定期对伺服系统的油液清洁度进行检测,定期检查伺服阀的阀芯零偏,及时更换性能较差的伺服阀。

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