电液伺服阀在液压系统中的故障诊断及分析

【摘  要】根据电液伺服阀的构成和工作原理，分析了油压系统中电液伺服阀的故障，并给出了排除故障法，供工程人员进行参考。

【关键词】电液伺服阀;故障诊断;方法分析

引言

电液伺服阀在电液伺服系统中广泛使用，以控制电液伺服系统的位置、速度、加速度。是将电控制信号转换成油压信号的重要组件，系统的质量直接影响伺服阀的性能。如果电液伺服阀在伺服系统中发生故障，能够正确且迅速地诊断故障位置和原因，对于提高企业的经济利益将具有重大影响。

1.伺服阀的组成及工作原理

伺服阀由永磁矩电机和喷嘴挡板组成的第一级电液转换和功率放大以及第二级滑动阀的油压放大构成。力矩电机由磁性管、上下磁铁、控制线圈、弹簧管、反馈棒、挡板、电机组合而成的电机组件构成。反馈棒的小球插入到阀芯中央的槽中。喷嘴挡板阶段由一个回油孔、两个固定孔和两个可变孔组成。当正或负信号电流输入到线圈中时，力矩马达的固定磁通量和控制通量相互作用。力矩马达输出比例正或负力矩，挡板输出一定的位移。由此，两个可变孔的液电阻发生变化，喷嘴挡板级将对应的负荷流和负荷压输出到喷枪的两端，驱动喷枪并沿对应的方向移动。阀芯的运动驱动反馈棒的运动，在力矩马达上生成反馈力矩。到反馈棒的反馈力矩为止，喷嘴挡板的油压力矩和根据输入信号电流产生的电磁力矩平衡，阀芯停止移动。这时阀芯位移为X，对应的输出流量是Q，阀芯位移或负载压力是固定值，阀的输出流量与输入电流信号成比例。

2.伺服阀常见故障诊断以及分析

（1）伺服阀输入控制信号但没有流量输出。伺服阀是液压伺服系统的核心组件。当系统整体上油缸无法缓慢移动时，表示伺服阀没有流量。原因有，A线圈是打不开电路;B线圈引线与插头焊接断开;C不输入信号;D的两个线圈具有相反的极性;E油回流孔受阻;F油过滤器受阻。具体分析如下。故障A、B、C由输入力矩马达线圈的零信号电流引起。当力矩马达线圈的信号电流为零或输入信号电流的极性相反时，力矩马达线圈没有控制磁通量。因此，因而不能使衔铁组件绕薄壁中心旋转，驱动阀芯向对应的方向移动，伺服阀不输出流量。故障E是喷嘴挡板级的两个控制腔内的压力相等，在油返回孔被切断后，喷枪两端的驱动力相等。阀芯不能在相应的方向和输出流程中移动。故障F是在油滤波器部分切断后，油入口压力P减小，喷嘴挡板级的两个控制腔内的压力降低，阀芯两端的驱动力不能克服流体力学力K和阀芯的反馈力。因此，阀芯不能在对应的方向上移动，输出流量为Q。

（2）伺服阀只有一个窗口有流量输出。在伺服系统中，表示当作动筒仅向一个方向移动，不响应于电控制信号时，或是液压马达急速旋转，不响应于电控制信号时，控制元件的伺服阀具有单向输出。有失败的三个理由：A.一个孔口被阻塞;B.一个喷嘴被阻挡;C.阀门芯被驱动。具体分析如下。伺服阀的喷嘴挡板级由1个回油孔、2个固定孔、2个喷嘴挡板可变孔组成。当右孔口D完全关闭时，该控制室内的压力是OM Pa，另一控制室的压力是PS/2，阀芯向右侧移动，输出某个负载压力P和负载潮流。类似地，当右喷嘴孔D0完全关闭时，控制室的压力是P，而另一控制室的压力是P/2。阀芯向左移动，输出特定的负载压力P和负载流量Q。由于阀芯在阀阀的阀芯和阀袖之间的匹配间隙非常小，所以被堵塞。在系统油不清洁的情况下，油中的污染物容易附着在间隙上，由于来自喷档级的控制压力输出，阀芯不能向对应的方向移动，伺服阀仅具有一个空腔，输出流和压力P受到压力。

（3）伺服阀输出流量变小。在伺服系统中，当执行器的速度变慢时，伺服阀的输出流量降低。作动筒的速度与伺服阀的输出流量成比例。如果流量大，速度就快;如果流量小，速度就慢。從分析来看，阀门的油过滤器部分的闭塞在供给压力P1P2，即喷档级控制腔内减少。当向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流体力X之和小，阀芯的行程减少，输出流量QL减少，作动筒的速度变慢。

（4）伺服阀内泄漏突然变大。当系统内伺服阀的内部泄漏增加时，系统性能变得不稳定，压力和流动变得异常。而且，由于能源不足的系统，导致系统的能源不足。伺服阀的内部泄露由喷嘴挡板的泄漏和滑动阀舞台的泄漏这两个部分构成。一定的泄漏量与喷嘴L的直径D、喷雾间隙Xfo、孔口直径do、回油孔直径D有关。滑动阀级的泄漏与阀芯与阀袖之间的间隙有关。大的间隙会导致大的泄漏;小的间隙会导致小的泄漏。滑动阀阶段的泄漏与系统的油的清洁度密切相关。污染物多的情况下，往往会引起阀芯工作前端的磨损。如果它更严重，它会使阀芯动起来，并且系统不能正常工作。

（5）伺服阀不受控制伴有漏油现象。伺服阀不受电液伺服系统控制并出现漏油现象。这表明伺服阀的弹簧管破损。油从弹簧管的间隙流出来。弹簧管是高弹性合金钢制伺服阀的中心部，管壁非常薄，通常为0.06～08mm。力矩电动机受到派出所信号的作用时，弹簧管的应力比屈服极限低，但由于长周期的反复，在薄肉的弹簧管的大角落常常产生裂缝。另外，伺服阀谐振时，弹簧管容易发生裂纹。

（6）伺服阀工作性能不稳定。伺服阀在系统中工作时不稳定，这可能是由于力矩电机永磁不稳定引起的。只要交流退磁过程中的外部干扰磁场不大于磁场强度，则该钢的工作点在恢复线上工作稳定。此外，磁钢矫顽力低，严禁任何铁接触永磁。避免永磁局部退磁。磁路中磁通分布的畸变影响阀门的性能。

（7）伺服阀有啸叫现象。在电液伺服系统中，如果能听到严厉的叫声，那就是伺服阀有叫声的意思。外壳是一种严重的断层现象。当吹笛时，力矩电机的电机组件处于高频强制振动中，弹簧管常常产生疲劳破坏。有伺服阀口哨的内部及外部原因。内部原因与伺服阀的结构参数有关。如果能够适当地调整力矩马达的固有振动频率，则在特定的情况下，力矩马达的固有振动频率可以偏离外压脉动频率。那个可以排除外壳。外部原因与用户有关。为了使油源压力脉动振幅最小化，抑制伺服阀的口哨，可正确设计和安装油源系统。

（8）伺服阀分辨率过大。在电液伺服系统中，系统响应较慢，如果作动筒不规则地振动或振动，有时会导致伺服阀的高分辨率。伺服阀的分辨率很大，故障的原因有两个。A.机油滤清器部分阻断;B.阀芯的摩擦很大。在上面已经对A的特定原因进行了分析，在此不进行说明。故障B是因为阀芯与阀袖之间的间隙非常小，向间隙的油中的污染物使滑动阀段的摩擦增大，伺服阀的分辨率上升，系统响应变慢。

（9）伺服阀零过大。在电液伺服系统中，输入大的电流信号，系统的作动筒或马达保持静止时，表示伺服阀的零过大。有三个具体原因：A.一个孔口会被阻断;B.喷嘴会被阻断;C.油过滤器会被部分阻断.具体造成这样的原因在上面已经解释了。

3.总结

在电液伺服系统中，伺服阀对油污染尤其是喷嘴挡板结构最为敏感。喷嘴与挡板的距离为0.03～0.05mm，阀芯与阀袖的间隙为0.003～0.05mm。即使污染物通过喷嘴挡板或阀芯和阀门套管驱动，伺服阀也会正常运转或工作性能下降。因此，在电液伺服系统中，工作液不洁净的情况下，会影响产品性能，会缩短其寿命，严重不能使其运转。所以应特别注意系统工作液的清洁性，必须在伺服阀的入口前配备标称过滤度10m以下的油过滤器。

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作者简介：王艳婷（1987.2-），女，，天津人，研究生，中级工程师，研究方向为液压伺服控制系统。

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