高频响应比例阀原理及故障分析

韩 超 李文伟（宝钛集团，陕西 宝鸡 721000）

高频响应比例阀原理及故障分析

韩 超 李文伟
（宝钛集团，陕西 宝鸡 721000）

摘 要：本文首先对力士乐产4WS2EM 6-2X伺服阀原理进行介绍，然后通过实际使用中发现的问题，对伺服阀常见故障进行分析处理。

关键词：伺服阀；比例阀；零位调整

宝钛集团是全国钛材加工的龙头企业，锻造则是钛材加工的一道重要工序，为此宝钛集团分别从德国25MN快锻机压机和辅助15t操作机，快锻机和操作机的功能动作阀站采用的主要液压控制元件都是三位四通高频响应比例流量阀（方向阀），采用三级控制。其特点都是采用小通径二级伺服阀控制主阀（三级流量﹑方向阀），来实现压机和操作机液压系统功能动作。

所有三位四通高频响应比例阀上的二级伺服阀控制原理都是采用喷嘴挡板式力反馈闭环控制。

一﹑伺服阀原理分析

该伺服阀为一个二级伺服方向阀，主要用于位置﹑力﹑速度闭环控制。

其结构由一个电机械转换器（力矩马达）（1），一个液压放大器（喷嘴挡板原理）（2），一个套阀（第二级）内的控制阀芯（3），阀芯通过一个机械反馈连接到力矩马达上。

在力矩马达的线圈（4）输入一个信号，通过电枢（5）上的永久磁铁产生一个力，这个力作用到扭矩管（6）上产生一个力矩，由于挡板（7），通过一连杆连接到扭矩管的喷嘴挡板离开控制喷嘴（8）的中心位置，这样就导致了一个压力差，作用在控制阀芯（3）的前工作面，压力差使得阀芯移动，由此压力腔连接一执行器上，同时另一个执行器与回油腔连接。

控制阀芯通过一反馈弹簧（机械反馈）（9），连到喷嘴挡板和力矩马达上，控制阀芯不断改变位置，直到反馈弹簧的反馈扭矩和力矩马达的电磁扭矩达到平衡，喷嘴挡板系统的压差变为零。

阀芯的行程和通过先导控制阀的流量实现了闭环控制，与输入电信号成正比，由此实现比例控制。

图1

二﹑伺服阀故障及解决

在使用过程中，经常会出现主阀锥阀阀芯开口度失控，即通过手柄控制，该开启的时候关闭，该关闭的时候开启。经过我们在实际中经验分析，主阀卡阀的现象几乎不会出现。因此，造成此类故障的原因是二级伺服阀失控，即零位偏移。

由于此系列三位四通高频响应比例阀目前国内制造精度不够，无法生产，因此必须进口购买，国外采用订单式生产，周期最少在12周以上，且价格非常高，均超过十万元，因此通过研究其工作原理，并结合我们多年的工作经验，研究出一套经济可行的处理故障方法。

图2

1 伺服阀零位偏移分析与解决

图2为φ6mm通径伺服阀全图。（1）为伺服阀提供控制油的为单独油路（先导油路），其压力要结合伺服阀和主阀选定，25MN快锻机先导系统提供压力为160Bar。由于伺服阀阀芯为φ6mm通径，而且喷嘴挡板系统精度非常高，内部油路通径不到φ1mm，因此首先要保证先导液压系统液压油的清洁度最少达到5μ精度，另外在伺服阀油路进口处安装一个3μ精度的滤芯，保证进入伺服阀控制油路的液压油的清洁度，避免油路堵塞，及伺服阀阀芯卡滞。出现零位偏移后，首先需要检查3μ精度的滤芯是否已经或部分堵实，造成控制油不进油或者两侧喷油嘴进油不均衡。确定滤芯故障后，更换或仔细清洗即可。另外，由于滤芯很小，精度很高，且厂家不会单独出售，购买起来比较困难，因此在清洗的时候必须仔细，清洗后要确认是否洗通，否则安装后零位偏移故障仍在，会影响对其他方面故障的判断。

（2）伺服阀在使用过程中，由于液压油长时间经过内部油路，会析出一些杂质附着在油路管壁上，当积累到一定程度时，会堵塞油路或造成阀芯卡滞，影响使用性能，或造成喷嘴进油不均衡，致使零位偏移。因此需要将伺服阀解体清洗。

图3为伺服阀分解图。因为伺服阀本身价格昂贵，内部元件精细，所以在拆解前，应先通过原理或装配图彻底了解其内部结构，这里需要注意的是，在拆解阀芯之前，必须先将力矩马达带喷嘴挡板拔出，然后将定位套及定位螺钉拔出，然后在进行拆解。在清洗时，重点清洗三个部位：

①阀芯11及阀芯套10的清洗。

②喷嘴8﹑9的清洗，可用细铜丝疏通，然后用溶脂性清洗剂清洗。

③喷嘴油路的清洗，可用尖笔筒将溶脂性清洗剂吹入油路，反复多次进行清洗。

清洗后将各元件组装起来。

（3）如图2所示中喷嘴挡板2连杆顶头处安装有一颗很小的红宝石，其作用是拨动阀芯来回运动。红宝石质地坚硬﹑耐磨，可以频次较高的拨动阀芯来完成规定动作，有较高的性价比，相比其他材料提高元件的使用寿命，在使用时会存在红宝石脱落情况，由于喷嘴挡板连杆和红宝石处于一体，出现脱落后，该元件就报废了。但该元件在生产中属于标准件，其规格是一样的，如果有其他部件报废的喷嘴挡板，而红宝石还完好，可以进行拆解后更换。

2 伺服阀零位调整

图3 伺服阀分解图

由于在清洗时需要将喷嘴拆出，所以清洗组装后，零位肯定会偏移。因此需要对伺服阀零位重新进行调整。

首先将二级伺服阀与三级主阀组装好，如果有液压试验台，可以在试验台上进行调整。如果没有，可以将组装好的三级高频响应比例阀安装在设备上进行在线调整。考虑到多数企业没有试验台调整的条件，下面就在线调整进行阐述。

根据系统先导提供的油压，25MN快锻机为160Bar，一般在阀站会将二级伺服阀的出油口A﹑B口（三级主阀的控制油口）引出两个测压点，取两块量程在0～250Bar范围内的压力表，将其接在测压点上，开启先导泵（不用开启主泵）。通过内六方扳手微调节两个喷油嘴。在不动手柄的时候，两块压力表压力显示应该处于平衡状态，大概80Bar左右，当扳动压机操作手柄到加压或提升状态后，两块表一块压力显示160Bar，一块显示0Bar，当两种压力表显示状态处于以上情况时，零位基本就调整出来了。该阀可以继续工作。

结语

本文通过对25MN快锻机辅助操作机主泵及三级高频响应比例阀的先导阀进行深入的工作原理分析，以及结构分析，将元件可能出现的故障进行详细的分析，并结合实际工作经验，研究出简单﹑有效的解决方法，在成本极低的情况下将故障解决，保障了25MN快锻机能够稳定﹑可靠地工作。

参考文献

[1]马玉贵.液压件使用与维修技术大全[M].北京：中国建材工业出版社，1994.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1993.

中图分类号：TH137.5

文献标识码：A