电液伺服阀故障分析与探讨
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第３０卷２０１２年第４期（总第１６０期） 问题研究 ・问题研究・ 电液伺服阀故障分析与探讨 李永红’赵光宇 （１．本钢国贸公司 ２．本钢冷轧厂 本溪１１７０００） 【摘要】根据现场设备运行状况总结出电液伺服阀的故障种类、失效模式及失效原因。论述了以电液伺 服阀的动静态曲线来判断故障。 【关键词】 电液伺服阀 失效曲线 Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒ０ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｅｒｖｏ Ｖａｌｖｅ Ｆａｕｌｔｓ ＬＩ Ｙｏｎｇ－ｈｏｎｇ ，ＺＨＡＯ Ｇｕａｎｇ－ｙｕ ｒ ．Ｂｅｎｓｔｅｅｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；２．Ｂｅｎｓｔｅｅｌ Ｃｏｌｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｍｉｌｌ，Ｂｅｎｘｉ １１７０００） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｄｅｓｃｒｉｈｅ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｖｅｒｉｔｙ，ｍｏｄｅ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｖａｌｖｅ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】Ｅｌｅｃｔｍｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｖａｌｖｅ，ｆａｉｌｕｒｅ，ｃｕｒｖｅ １概述 电液伺服阀是伺服系统中的关键元件，它既 是电液转换元件，又是功率放大元件。电液伺服 阀控制精度高响应速度快，直接影响到伺服系统 的响应速度和稳定性。电液伺服阀故障频度直接 制约着相关设备的正常进行，减少和预防重复故 障将获得显著的经济效益ｕ 。 ２电液伺服阀的故障分类、失效模式和原因 电液伺服阀其本身是一个集机械、电气、液压 为一体的精密控制元件，它的故障类型、失效模式 及原因呈多样性。 ２．１ 电液伺服阀的故障分类 按其故障形式分电气与机械液压二大类 １： （１）电气类故障可分为伺服放大器故障、阀线 圈故障与传感器故障。值得注意的是在生产现场 使用中还经常发生由电气插头引起的故障。这类 故障发生频率较高的原因是由于阀线圈电流过大 烧断或航空插头因人为因素造成的接线断裂。 （２）机械液压类的故障形式繁多，其典型故障 大致可分为小球磨损、主阀套密封破损、滤芯阻 塞、阀芯卡死或卡滞。其中故障频度最高的是小 球磨损与主阀套密封破损，其次是严重零偏、主阀 ——５０－ 芯卡滞、主阀芯棱边磨损、内部滤芯严重污染等。 ２．２电液伺服阀的失效模式 污染引发失效的主要模式包括阀芯／阀套失效 和先导阀失效。 （１）阀芯、阀套失效。阀芯、阀套失效一般来 说是由冲蚀、淤积、卡涩、腐蚀等与污染有关的失 效模式引起的。阀芯、阀套节流棱边的任何损坏 将引起伺服阀性能恶化；阀芯、阀套间隙的任何加 大也将使阀的性能退化，这些损坏会加大零位泄 漏、滞环和不稳定性，这是伺服阀更换和修理的常 见原因之一。 （２）先导阀失效一般来说是由阀内部过滤器的 堵塞或喷嘴、挡板、反馈杆端部小球等的冲蚀、磨损 引起的；阀内部过滤器堵塞降低了伺服阀的灵敏度 及响应速度，严重时难以驱动功率滑阀。 ２．３ 电液伺服阀的失效原因 （１）颗粒型污染物（包括纤维）。颗粒型污染 物的尺寸、数量或物理性质都将会引起阀失灵和 损坏。阀芯、阀套一般来说是一个电液阀中最敏 感的区域之一，需要最精细的过滤保护，防止颗粒 型污染引起的损坏。 栏目编辑：
孙维宁 问题研究 第３０卷２０１２年第４期（总第１６０期） （２）水污染。水也是污染和阀损坏的一个根 源。油中混入水后，会与水发生亲合作用而使油 液乳化生成乳化液，降低了润滑性能；油中混入水 分后易产泡沫，会使液压系统在高温高压时产生 气蚀现象，加速了金属表面的疲劳失效；水分还能 够加速油品老化，形成酸、胶质和油泥等，从而使 设备腐蚀生锈、阀失效及过滤器堵塞。 （３）溶剂污染。溶剂当与少量水相结合时将 形成酸，酸将侵蚀系统中的内部金属表面，尤其是 铁质表面，并产生严重的锈状腐蚀。 （４）气体污染。在大气压下，液压油中可溶解 １０％左右的空气，在液压系统的高压下，在油液中 会溶解更多的空气或气体。空气在油液中形成气 泡，压力在高低压之间迅速变换，使气泡在高压侧 产生高温在低压侧发生爆裂，如果液压系统的元 件表面有凹点和损伤时，液压油就会高速冲向元 件表面加速表面的磨损，引起泄漏。 ３ 以电液伺服阀的动静态曲线来判断故障 ３．１ 小球磨损对阀性能的影响 对于一个零开口的伺服阀来讲，小球磨损在 空载流量控制特性曲线上反映出一个空载流量增 益的突跳，当小球磨损严重时会引起零开口性能 的变坏。图１所示是小球轻微磨损引起空载流量 增益的突跳，图２所示是小球磨损极为严重时引起 零开口性能的变坏。 ／ ／ ｝ ｜ ｜ ， ／ ｆ ， ／ ／ ， －２０一ｌ６—１２ —８ －４ ０ ４ ８ ｌ２ ｌ６ ２０ 输入电流／ｍＡ 图１ 小球轻微磨损的流量曲线 冒 ｇ 删 制 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ｌ ／ ／ ／ ／ ／ ／ 一２０一ｌ６一ｌ２ －８ －４ ０ ４ ８ １２ ｌ６ ２Ｏ 输入电流／ｍＡ 图２小球严重磨损的流量曲线 小球磨损引起的流量突跳在轻度时对压力增 益几乎无影响，对动态性能的影响主要表现为系 统稳定性下降。 ３．２永久磁铁退磁对阀性能的影响 力矩马达中的永久磁铁退磁或磁性下降也是 经常发生的故障之一，主要是使用年限过长、外磁 场干扰和力矩马达磁屏蔽不当引起。 退磁主要影响力矩马达特性，使无载流量增 益减小和伺服阀的频宽下降。 ３．３ 阀套密封破损对阀性能的影响 阀套密封的故障频度与伺服阀的工况密切相 关，在此类故障中阀套高压腔侧的密封尤为严重。 阀套密封损坏会导致压力增益下降，零位偏 移，内泄漏曲线严重畸变，零位泄漏明显增大，并 且在零位区外其量值趋向定值。阀套密封破损会 使无载控制流量特性变的流量不对称，相频特性 会明显减小。 ３．４主阀芯的卡死、卡滞对阀性能的影响 主阀芯的卡死、卡滞主要是由油液的污染造 成的，主阀芯卡滞时，伺服阀无载控制流量增益曲 线发生严重畸变，流量增益和压力增益明显下降， 磁滞增大，阀的动态性能也明显下降，阀不能正常 工作，当油液污染严重时，阀会卡死，伺服阀控制 功能全部丧失。 ３．５喷嘴堵塞、节流孔堵塞、内部滤芯堵塞对阀性 能的影响 ［下转第５３页］ 一５１一 如 ６ ｏ 一ＩＩｌⅧ，１一、咖避赫制 问题研究 第３０卷２０１２年第４期（总第１６０期） ２．３ 吊具选择 钢丝绳选用６×３７型，理论计算如下： ２－３．１钢丝绳容许拉力计算 钢丝绳容许拉力可按下式计算： ［ ］－警＝ｌ１．３３ｋＮ 式中：【 卜—一钢丝绳的容许拉力／ｋＮ； 卜钢丝绳的钢丝破断拉力总和，取 Ｆ￣＝１２０ｋＮ； 一考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数， ：０．８５： 白棕绳的安全系数，取Ｋ＝９。 ２．３。２钢丝绳的复合应力计算 钢丝绳在承受拉伸和弯曲时的复合应力按下 式计算： ＝ ＋軎 ＝２３３０．３４Ｎ／ｍｍ２ 式中： ——钢丝绳承受拉伸和弯曲的复合 应力／（Ｎ／ｒａｍ ）； 卜钢丝绳承受的综合计算荷载，取 Ｆ＝１２０ｋＮ； Ａ——钢丝绳钢丝截面面积总和，取Ａ＝ １１１．５３ｍｍ ： 卜单根钢丝的直径，取 ＝０．８ｍｍ： 滑轮或卷筒槽底的直径，取Ｄ＝５０ｒａｍ； 一钢丝绳的弹性模量，Ｅｏ＝７８ ４００Ｎ／ｍｍ 。 ２．３．３钢丝绳的冲击荷载计算 钢丝绳的冲击荷载可按下式计算： Ｆｓ＝ｑ（１＋√ｌ＋ ）＝ｌ５５＿９５ｋＮ 式中： ——冲击荷载／ｋＮ； Ｑ——静荷载，取Ｑ＝２Ｏ．５ｋＮ； 卜钢丝绳的弹性模量，取Ｅ＝７８ ４００ Ｎ／ｍｍ ； Ａ——钢丝绳截面面积，取Ａ＝Ｉｌ１．５３ｍｍ ： ——钢丝绳落下高度，取ｈ＝２５０ｍｍ； ￡厂一钢丝绳的悬挂长度，取Ｌ＝５ ０００ｒａｍ。 经计算满足要求。 ３结束语 经过此次吊装可行性研究，最终确定施工吊 装机械为１６０ｔ汽车吊，可大大节约吊车台班，创造 了可观的经济效益。 参考文献 …魏明钟．钢结构设计新规范应用讲评．北京：中国建 筑工业出版社。１９９１． 【２】陈绍藩．钢结构设计原理２版．北京：科学出版社， １９９８． （２０１１－１０－０９收稿） ； ｅ ＼ ； 蛸 蛤 蛉、！＃ 嘧 ＃ 靖Ｈ、坷ｅ石 蠕 ＝ ｅ石 蚶 ； ｆ 蠕 ［上接第５１页］ 因油液污染引起它们全部堵塞，则阀功能丧 失，如果是引起一种情况的部分堵塞，则无载控制 流量特性畸变成严重非线性、压力增益下降、零偏 增大、频宽下降、稳定性变坏及阀整体性能变差。 ４结论 电液伺服阀是精密的机电一体化产品，精度 极高，对污染十分敏感，它对液压油的清洁度要求 非常高。减少、预防及快速准确判断并排除电液 伺服阀故障，将会获得显著的经济效益，在实际使 用中一定要引起足够的重视。 参考文献 ［１］曹鑫铭．液压伺服系统【Ｍ】．北京：冶金工业出版社， １９９１． 『２】夏志新．液压系统污染控制ｆＭ】．机械工业出版社， ２００２． 【３】张群生．液压传动与润滑技术ｆＭＪ．北京：机械工业出 版社。２００４． （２０１２－０４－１９收稿） 一
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