射流管式电液伺服阀抗污染特性分析

1 研究意义

射流管电液伺服阀作为电液伺服控制系统的关键元件，其性能的优劣直接影响伺服控制系统的水平。因其具有控制精度高，线性度好和温度零漂及压力零漂稳定等优点，被广泛应用在航空航天等高精度电液伺服控制系统中。

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从可靠性的角度出发，伺服阀的可靠性是伺服控制系统最重要的一环。其中绝大多数故障失效模式由污染引起。射流管式伺服阀由于油滤过滤精度高、射流孔过流面积小、滑阀级间隙小等特点，容易造成卡滞或堵塞，特别是在油液污染的情况下，直接影响伺服阀的性能，甚至失效。因此，不断提高伺服阀抗污染能力已成为目前亟待解决的问题。

2 产品结构和工作原理

射流管式电液伺服阀的主要结构由力矩马达、衔铁组件和滑阀组件组成。力矩马达由磁钢、上导磁体、下导磁体、衔铁组件、控制线圈组成。衔铁组件由衔铁、射流管等组成。滑阀组件由阀芯、阀套组成。

伺服阀的力矩马达的气隙是形成磁场力的构件，同时也为力矩马达衔铁组件的摆动提供运动空间，当多余物进入气隙时，会影响力矩马达衔铁组件运动范围，异物越大影响越大，甚至出现多余物卡死衔铁的情况，衔铁无法运动就无法完成射流功能，伺服阀阀芯两端压差不受电控，保持恒定，阀芯不能动作形成卡滞。

1.5 统计学方法 采用SPSS 20.0统计软件对结果进行统计，计数数据运用χ2检验，5年生存率采用Kaplan-Meier进行分析该二者表达对OC患者预后影响。

3 故障树建立

根据伺服阀的工作原理，可能导致伺服阀卡滞故障模式有：

a.气隙污染；b.喷嘴堵塞；c.油滤堵塞；d.滑阀毛刺；f.污染物卡滞；

a)工作介质：RP-3(GB 6537)；

3.1 故障树分析

3.1.1 气隙污染分析

电液伺服阀工作原理见图1：当力矩马达线圈得到控制信号，产生控制磁通，与力矩马达磁钢固定磁通相互作用产生偏转力矩作用与力矩马达的衔铁组件上使衔铁组件中射流管发生小位移偏转，由于射流管的偏转，作用于滑阀级阀芯两端的压差发生变化，驱动阀芯运动，进而形成流量。

3.1.2 喷嘴堵塞分析

电液伺服阀的喷嘴是形成射流功能的重要组成零件，当喷嘴堵塞时，油液无法从喷嘴喷出，将失去射流功能，伺服阀阀芯两端压差不受电控，保持恒定，阀芯不能动作形成卡滞。

3.1.3 油滤堵塞分析

成品大板材是工业化装配式建筑的主要墙体材料。目前，市面上常见的用于装配式建筑的大板材有：石膏板、埃特板、压型钢板、ALC板(加气混凝土板)、AS装配式墙板等。石膏板、埃特板、和压型钢板属于轻质薄板，其保温、防火性能一般比较差，用于有保温防火要求的建筑时需要另设保温(或防火)棉。压型钢板具有良好的防水性能和耐久性，比较适合变电站的水泵房、中央配电室等采用轻钢结构的附属建筑物。

伺服阀油滤对流入伺服阀力矩马达部分油液进行过滤，对伺服阀力矩马达部分进行保护，通常射流管式伺服阀油滤过滤精度为35μm左右。当伺服阀油滤被堵塞后，伺服阀力矩马达进油被堵塞，无法完成射流功能，无法提供前置级的压力差，从而使得伺服阀加电无法工作。根据检查油滤通油没有最初顺畅，通油能力有所下降。

近年来，我国高层建筑抗震设计实例中也广泛应用基于性能考虑的抗震设计方法，且目前已取得了显著的成绩，这对提高我国高层建筑的抗震设计的可靠性有很大的推动。随着我国建筑行业的不断发展，大量研究工作的不断深入和工程实例的不断应用，基于性能考虑的抗震设计方法也会变得日趋完善，我国高层建筑的抗震能力又会上到一个新的台阶。

3.1.4 滑阀毛刺分析

滑阀是电液伺服阀执行部分，滑阀位移变化会改变输出流量和输出压力方向，当伺服阀滑阀有毛刺时，滑阀的可控运动会受到干扰，形成运动滞后或者运动不复位，严重的会直接阻碍运动，发生卡滞。

3.1.5 污染物卡滞分析

伺服阀进行污染度试验时，大于35μm的污染物会被油滤阻挡，不能进入伺服阀力矩马达中，但会在油滤外表面一直堆积，影响油滤的通油能力。同时污染物中存在大量小于5μm的小颗粒物质，射流管式伺服阀滑阀单侧间隙1μm至2μm，当污染物进入到滑阀间隙后就会导致阀芯运动的摩擦力增大，进入油滤的油液提供阀芯运动的驱力，而摩擦力是阀芯运动的阻力，阀芯在驱动力变小，阻力增大时阀芯运动就会出现卡涩，极限情况就会卡滞。

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4 油液造成的伺服阀失效模式

油液的性能指标对电液伺服阀能否正常工作起直接的影响，为保证电液伺服阀正常工作，油液的清洁度、降解应受到严格系统的监测、控制。电液伺服阀典型的工作油液清洁度等级为NAS7-8级之间，当油液指标不满足使用需求时，电液伺服阀一般会出现以下四种失效模式。

4.1 冲蚀失效

冲蚀失效是由比电液伺服阀阀芯或阀套更硬的颗粒引起的。该损坏是直接冲击或切削加工作用的结果，阀芯或阀套的节流棱边被损坏(棱边外液流速超过了50m/s)，降低了伺服阀压力增益，增加了零位内漏，并导致该阀正常功能受到影响。

4.2 淤积失效

当伺服阀静止并有压力时在阀芯雨阀套之间出现淤积。比半径间隙大的一些颗粒被该环形间隙过滤掉。随着污染物的聚集，它们使动摩擦和静摩擦增大，响应时间增长，该伺服阀会变得不稳定并且滞环增加。在更严苛的条件下，伺服阀可能会卡滞而无法正常工作。

4.3 卡滞失效

当伺服阀变得非常不平衡时出现卡死。侧载荷使得在阀芯与阀套的金属接触表面之间出现微观粘附(冷压接)。这种严重的侧载荷通常是该环形缝隙的不均匀淤积的结果。中等卡紧引起始动力加大，造成不平稳的阀运动。严重卡紧在某些伺服阀设计中可能引起卡滞失效。

4.4 退化失效

只要伺服阀处于工作状态，挠性管就会受力。而挠性管长期处于该状态会造成挠性管挠刚度的减弱。另外，挠性管是力矩马达组件与油液系统隔离件，如果其疲劳发生破裂，则在该处会发生油液泄露。另外，疲劳的挠性管也会造成液压控制系统的振荡。

5 抗污染能力提升措施

通过伺服阀污染故障树与油液造成的失效模式分析，针对上述故障模式，提出伺服阀抗污染能力提升改进措施：

a)加强电液伺服阀装配现场管理，风淋系统保持常开。对已完成装配的力矩马达进行检查，确保马达气隙无多余物；

b)优化射流管及喷嘴的设计参数及工艺方法，避免油液中污染物堆积产生射流堵塞；

燃油污染度试验原理如图3所示，主要实现将泥浆注射系统和盐水注射系统的污染源源不断地注入到试验件进口的管路中，泥浆注射系统然后按要求将污染物加入到油箱中并搅拌均匀。然后按试验要求流量不断将污染油箱中高污染浓度的油液添加到试验件进口，同时按试验要求的状态调整被试产品稳定运行，试验件出口的油液经过过滤、热交换和除水后变成洁净的燃油返给供油箱，同时还实现对试验件进口压力、温度等参数的动态调节。

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e)优化伺服阀滑阀级阀芯及阀套的匹配参数，在保证内漏等指标的前提下，适当增加滑阀间隙，减少细微颗粒淤积，确保阀芯的有效运动。

f)增强工作油液清洁度控制，保证清洁度等级不劣于NAS8级。

d)提高伺服阀阀芯、阀套加工质量，用放大镜进行检查，确保加工无毛刺；

6 试验验证

6.1 试验分工

试验分工详见表1。

6.2 试验原理图

c)优化伺服阀油滤过滤精度，确保伺服阀在油液污染的情况下，能够保证足够的供油量，以保正伺服阀前置级压力；

6.3 试验条件

伺服阀重度污染试验条件如下：

腾讯娱乐发布的《最美乡村教师“皓艳敏”，一个谎言的诞生》一文认为该片篡改了“皓艳敏”事件的真相，将“一个被拐卖妇女的血泪史偷换成了大爱无疆的知识青年支教故事”，是一部充满谎言的故事片。[注]文潇潇：《最美乡村教师“皓艳敏”，一个谎言的诞生》， 腾讯娱乐-电影新闻，http://ent.qq.com/a/20150803/048322.htm。对影片的这种负面评价在舆论界具有代表性。在不少批评人士看来，《嫁给大山的女人》中的山菊虽然以皓艳敏为原型，但影片却有意无意歪曲了“皓艳敏事件”的真相。

根据以上分析，建立以“伺服阀污染”为顶事件的伺服阀故障树，如图2。

b)环境温度：25℃±5℃；

c)相对湿度：10%--90%；

研究组患儿咳嗽消失时间、呼吸困难消失时间、肺部哮鸣音消失时间以及住院时间均短于参照组，差异均具有统计学意义（P＜0.05），见表1。

在做好节能管理基础工作的同时，中国海油加大节能技术改造力度，充分依靠节能技改项目来挖掘节能减排潜力。节能项目的实施为实现节能目标提供了重要保障。

d)额定供油压力：2MPa+额定回油压力；

e)额定回油压力：不大于0.2MPa；

f)试验时间：120min；

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g)污染载荷：污染度试验基础载荷谱见表2。

6.4 优化前试验数据

对抗污染能力提升措施优化前的伺服阀A进行性能测试，在油液中加入按表1配制的污染物，测试得出伺服阀A性能符合性如表3所示。

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通过性能指标实测值(表3)可以发现，伴随污染物不断注入，伺服阀A的输出流量始终为0.35L/min，不随输入电流变化而变化，确定伺服阀出现卡滞故障。

6.5 优化后试验数据

对抗污染能力提升措施进行优化后的伺服阀B进行测试，在油液中加入同样比例的污染物进行性能测试，得出伺服阀B性能符合性如表4所示。

通过性能指标实测值(表4)可以发现，在污染度试验前后，伺服阀B的各项性能指标基本一致且满足要求，伺服阀B在油液重度污染后仍然能够完好工作。

6.6 试验数据对比

通过对比改进措施前(伺服阀A)及改进措施后(伺服阀B)的试验结果可以得出，针对提升射流管式伺服阀抗污染能力提出的优化方法合理可行，措施有效，能够较大幅度的提升伺服阀的抗污染能力，进而提高伺服阀控制系统的可靠性。

7 结论

电液伺服阀是电液伺服控制系统中的关键控制元件，本研究根据射流管式电液伺服阀结构及工作原理，借鉴相关设计及工艺经验，从电液伺服阀内部结构、内部多余物控制和外部多余物控制三方面进行改进，提出射流管式伺服阀抗污染能力提升的有效措施，并通过污染度试验验证。使射流管电液伺服阀在各领域高精度伺服控制系统中，保障其工作可靠性。

[1]王春行.液压控制系统.[M].机械工业出版社，1999.

[2]田源道.电液伺服阀技术. [M].航空工业出版社，2008.

[3]方群.电液伺服阀技术发展. [J].液压与气动，2012(8).

[4]杜方晖.双喷嘴-挡板电液伺服阀抗污染能力研究. [J].液压与气动，2018(12).