電液伺服閥的故障分析與排除

1．伺服閥不動作，導致執(zhí)行元件不動作

(1)故障產(chǎn)生的原因。伺服閥不動作的故障90%以上是由于塵粒導致的。具體原因如下（以噴嘴一擋板式介紹為主）。

1)組成伺服閥的某些零件破損。

2)力馬達、力矩馬達故障。

3)滑閥式閥芯因污物卡死在閥體（閥套）內(nèi)，如圖171所示，主閥芯9被卡死在閥體10內(nèi)。

4)噴嘴6被污物堵塞。

5)污物黏附在擋板（反饋桿）5上，將擋板頂死。

6)濾油器8的濾芯被污物堵塞，壓差過大，使濾芯破碎脫粒，而引起節(jié)流孔、噴嘴或其他管路堵塞。

7)力矩馬達線圈13斷線，插頭插座的接線柱脫焊、松脫、短路等現(xiàn)象。

8)與伺服放大器的接線錯誤或接線不良。

9)供油壓力沒有調(diào)節(jié)到1MPa以上，控制壓力太低。

10)閥安裝面進出油口裝反了。

11)閥安裝的平面度差，安裝不良使閥變形。

(2)排除方法。

1)拆修伺服閥，破損了的零件予以更換或作出適當?shù)奶幚怼?/span>

2)拆開闊體10上的左右端蓋（圖中畫成一體），取出濾油器8的濾芯，檢查污物堵塞與破損情況：污物堵塞者，用手指堵住濾芯一端，用注射器往另一端注射干凈煤油進行清洗，以油液均勻緩慢流出為好；如濾芯破損，應(yīng)更換新的濾芯。

3)清洗節(jié)流孔7兩端（節(jié)流孔設(shè)在濾芯堵頭上）及左右端蓋上的通油孔。

4)清洗噴嘴、擋板、閥芯、閥套（圖上未畫出）和閥體10上各油路孔。注意閥芯有方向要求，不能調(diào)頭裝配。裝主閥芯9時將閥芯放在中間位置，再裝噴嘴擋板5，其下端的小球插入主閥芯9的中間槽內(nèi)，須一邊轉(zhuǎn)動閥芯的方向，一邊將小球插入閥芯。插入時不可硬頂，裝好后，用手稍稍推動閥芯，看其是否自由對中。

5)檢查力矩馬達線圈電阻，斷線者接好，插頭插座松脫者應(yīng)焊牢，避免接觸不良、斷線短路等情況。

6)檢查液壓站油液壓力，供油壓力不得低于1MPa。

7)與伺服放大器的接線不正確者予以更正，接線不牢者重新焊牢。

8)修平閥安裝面，保證平面度誤差要求。

9)伺服閩進出油口裝反者予以更正，并檢查所接管路情況。

2．經(jīng)常出現(xiàn)零偏（零位偏移）

零位又稱中間位置，對圖171所示的伺服閥而言，閥的零位是指負載壓降為零，閥的輸出流量為零時，閥芯和銜鐵擋板組件所處的幾何位置。雖然希望閥在零位時的輸入電流為零，但通常此時的輸入電流不為零。為使伺服閥處于零位時所需的輸入電流與額定電流值的百分比稱為伺服閥的零位偏移。

本故障是指零位經(jīng)常變化，且零位偏移量大，產(chǎn)生故障的原因和排除方法如下。

(1)伺服閥本身的原因造成的零偏超出和不穩(wěn)。如壓合或焊接部位的銜鐵組件松動，內(nèi)裝的濾油器被污物堵塞，壓合的噴嘴松動，噴嘴被污物堵塞等。一般民用伺服閥都有外調(diào)零裝置，要求零偏不大于3%，可采用下述方法解決零偏超出。

1)對于有閥套的伺服閥，可以松開端蓋螺釘，調(diào)節(jié)閥套位置來調(diào)節(jié)零偏。

2)對于無閥套的伺服閥或者用上法不能糾正過來的伺服閥，可以交換節(jié)流孔兩邊的位置或另換一組節(jié)流孔來調(diào)節(jié)零偏。

3)利用修研力矩馬達氣隙糾正零偏也是行之有效的方法，圖171所示的力矩馬達的4個螺釘?shù)臄Q緊程度直接影響到力矩馬達4個氣隙的大小。這4個氣隙組成橋路，呈差動狀態(tài)工作。一般每個氣隙厚度0.25mm，力矩馬達銜鐵運動工作距離為零偏為1%的氣隙變化值△=δ/3×1%×1/2=0.25/3×1/100×1/2=0.0004mm=0.4μm。式中1/2是考慮力矩馬達四氣隙成差動T作。由以上計算可知，力矩馬達氣隙變化0.4μm就會引起1%的零偏，因此力矩馬達四螺釘擰緊力矩應(yīng)一致，調(diào)節(jié)時要特別注意清潔，不能弄臟力矩馬達。

4)對于銜鐵組件的松動，可在支承與銜鐵、支承與擋板的配合面邊緣采用激光點焊接。

(2)油溫變化引起零位偏移。油溫變化會導致油液黏度變化，泄漏量改變，引起零位偏移，為保證正常工作，可在油路中加裝油冷卻器和加熱器，將溫度控制在所需范圍內(nèi)。對電液伺服閥一般要求油溫每變化40℃，閥的輸入電流要能限制在2%以內(nèi)。

(3)油源壓力大幅度變化導致零位大幅度變化。伺服閥的供油壓力P_s一般可按P_s=1.5(P₁+P_t)選定（P₁為伺服閥的負載壓降，P_t為伺服閥的背壓值），通?？稍?～7MPa的范圍內(nèi)取一定值，并在閥前加裝蓄能器進行穩(wěn)壓。

(4)油液污染嚴重，油中污物顆粒較多。可對液壓回路進行清洗并更換干凈油液，在閥前裝設(shè)高壓濾油器，并提高其過濾精度。

(5)對于零位不能調(diào)整（在零位調(diào)節(jié)螺釘回轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)調(diào)不出零位）的情況，要使供油壓力P_s調(diào)到大于1MPa的壓力值。另外，清洗內(nèi)裝的濾油器及其兩端的節(jié)流孔。

(6)伺服閥堵塞和噴嘴松退的影響。可定期進行清洗，噴嘴松退時要重新調(diào)試，使其恢復(fù)正常工作。

(7)保證電氣零位與機械零位重合。保證電氣零位與機構(gòu)零位重合，可以使彈性元件在聞處于零位時不受力，這樣彈性元件的剛度隨溫度變化時就不會影響零位。具體做法是：在裝配中注意使滑閥在噴嘴不起作用、反饋桿不受力時處于零位，這就是機械零位；在噴嘴投人工作時，使滑閥在彈簧管不受力的情況下仍然處于零位，這就是液壓零位與機械零位重合；在裝上力矩馬達的線圈和磁鋼后使滑閥仍處于零位，即電氣零位與機械零位重合。另外，選用彈性模量、溫度系數(shù)很小的材料（如恒彈性模量材料）也可直接減少彈性元件造成的溫度零偏。

(8)提高機械對稱性。提高零件加工對稱度和裝配對稱性，選用相同材料、線脹系數(shù)一致或接近的材料制造有關(guān)零件，可以減少熱膨脹引起的零偏。有對稱要求的零件主要是閥體、閥套、閥芯及銜鐵組件。

(9)提高液壓對稱性。為了減少黏度隨溫度變化造成的零偏，應(yīng)盡量保證液壓放大器的液壓對稱性，并盡量減少黏度對流動特性的影響。為此要求節(jié)流孔的孔形好、無毛刺、節(jié)流長度盡量小，要求噴嘴孔形好、端面環(huán)帶盡量窄、沒有毛刺。節(jié)流孔和噴嘴基體具有足夠高的硬度，孔形和環(huán)帶應(yīng)進行磨削加工。

(10)加大閥芯位移量。加大閥芯位移量的目的在于在發(fā)生零偏時，盡量減少零偏的相對效應(yīng)。根據(jù)分析，各種溫度零偏都與滑閥最大位移量成反比，所以，適當加大位移量是減少溫度零偏影響程度的一項有效措施。由此造成的流量及力矩馬達負載的變動，可必通過調(diào)整方孔寬度和磁鋼充磁水平來進行補償。

(11)提高開環(huán)增益。力反饋電液伺服閥是一個閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而溫度零偏是溫度干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差。所以，提高此系統(tǒng)的開環(huán)增益，可以減少溫度零偏。具體做法是提高磁鋼的充磁水平，從而提高電磁耦合剛度；同時加大力矩馬達的氣隙長度，使電流力矩常數(shù)保持不變。這樣可以提高1/Ke (Ke為力矩馬達綜合剛度)值，從而提高開環(huán)增益，減少溫度零偏。

(12)使伺服閥各級同時都處在零位。

1)在裝配時必須保證4個氣隙相等。通過更換調(diào)整墊片和上下導磁體來保證4個氣隙幾何尺寸相等，為便于調(diào)整，磁鋼先不要充磁。

2)在試驗臺上對伺服閥逐級調(diào)零。具體方法是；去掉作用在閥芯端面上的控制壓力，先調(diào)反饋桿和閥芯閥套的零位。將節(jié)流孔換成無孔塞堵。首先將閥套調(diào)至閥體中間，裝上銜鐵組件，將銜鐵組件的橫向位置定好。然后開動試驗臺，調(diào)整銜鐵組件的縱向位置，使伺服閥兩負載腔壓力相等。將銜鐵組件固定好。再將無孔塞堵?lián)Q成節(jié)流孔，在試驗臺上調(diào)噴嘴位置，使噴嘴腔壓力P₁=P₂=P_s/2，并使此時兩負載腔壓力相等。最后裝上已調(diào)好氣隙的磁鋼和導磁體。如果零位稍有變動，再次更換調(diào)整墊片，直至閥芯恢復(fù)零位為止。完成上述調(diào)整后，均勻緊固力矩馬達螺釘和閥芯端蓋螺釘。

(13)兩噴嘴的壓差應(yīng)不大于0.3MPa。對于高精度伺服閥，兩噴嘴腔幾何形狀不對稱直接影響液壓參數(shù)的對稱性。幾何形狀不對稱的部位有固定節(jié)流孔直徑、可變節(jié)流孔直徑及其入口處90°錐角和噴嘴孔口形狀等，如可變節(jié)流孔入口處90。錐角大小影響流量系數(shù)G₁，又如噴嘴孔口處如有塌邊，則液流不會全部射向擋板，故零位不對中。當幾何形狀不對稱引起的零偏很有規(guī)律的情況下，提高形位公差精度的辦法有兩個：一是對換左右節(jié)流孔，用兩固定節(jié)流孔的差異來彌補噴嘴孔的差異；二是更換噴嘴體，重新調(diào)整。

(14)必須提高滑閥與套筒的加工精度，減小形位公差，減小摩擦力。對于高精度伺服閥，滑閥與套筒配偶件的配合間隙一般控制在0.002～0.003mm；同時，滑閥與套筒配合副的形位公差要求也相當高，因此只要有一個高點，此閥的形位公差就達不到要求。減小形位公差的唯一辦法只有研磨套筒，擴大間隙，減小摩擦力。但必須注意，此方法只能在靜耗量合格的情況下才能采用。

(15)對于由于電氣零位變化引起的伺服閥零偏，不能用4個螺釘?shù)乃删o來調(diào)整，而是一要提高裝配技術(shù)水平，二是電氣零位的調(diào)整要合理選用墊片。

(16)伺服閥工作時，閥芯控制邊前后壓降大，若四邊滑閥工作在最大功率點上，則控制邊上的壓降為油源壓力的1/3，只要閥芯有一微小開口，壓力油便高速掠過控制邊，油液中的顆粒將沖蝕控制邊銳角，產(chǎn)生沖蝕磨損，如圖182所示。這種沖蝕磨損嚴重影響伺服閥的零位特性和控制精度。尤其是當污染較嚴重時，這種沖蝕磨損發(fā)展很快，伺服閥很多是因此而失效造成壽命縮短的。

3. 伺服閥的輸出流量少

(1)供油壓力低時，可適當提高供油壓力(Ps)。

(2)輸入伺服閥流量不足時，可增加供油量，并消除和減少

系統(tǒng)其他部位的內(nèi)漏和外漏。

(3)對伺服放大器的輸出功率不夠的情形，則先檢查輸入伺服放大器的輸入信號是否正常，檢查伺服放大器是否有其他故障并加以排除。

(4)對于內(nèi)裝的濾油器被污物堵塞的情形，要對液壓回路和伺服閥進行清洗并換油，特別要注意工作油中的膠狀異物產(chǎn)生的堵塞。

4．伺服閹的動態(tài)特性差，頻率響應(yīng)遲滯，系統(tǒng)過渡過程的響應(yīng)速度減低，而超調(diào)量增大

對電液伺服閥而言，是指伺服閥輸出流量的幅值和相位角不能在較大的頻率范圍內(nèi)跟隨輸入的電流信號變化，而產(chǎn)生的流量幅值的減少和相位角的滯后卻較大。伺服閥的動態(tài)特性受供油壓力、輸入信號（機械位移或信號電流）的幅值、油液的性質(zhì)、油液的溫度等外部因素，閥本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、力矩馬達的純剛度和固有頻率、反饋桿的剛度、前置級的流量增益等內(nèi)部因素的影響。改善的具體辦法如下。

(1)提高供油壓力，可以提高速度放大系數(shù)，提高伺服閥和系統(tǒng)的靈敏度，使響應(yīng)速度加快。但是一般來說動態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性是一對矛盾，當供油壓力超過某一極限值時，系統(tǒng)就要發(fā)生振動，變成不穩(wěn)定（下述情況也是如此）。

(2)油溫、油液黏度的變化影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。油黏度大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度降低。為使動態(tài)特性較好或在使用中不過多變化，應(yīng)選用合適黏度的油液，并且油溫應(yīng)控剖在一定范圍內(nèi)以消除油溫變化對黏度的影響。

(3)系統(tǒng)的背壓適當增大，可提高穩(wěn)定性，但動態(tài)特性變差，所以系統(tǒng)應(yīng)有適合的背壓要求。

(4)對輸入信號（如電流值）的幅值應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

(5)增大伺服閥開口周邊的寬度，可使流量放大系數(shù)增加，提高系統(tǒng)的靈敏度，使響應(yīng)速度加快，同樣也要注意對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

(6)采用正預(yù)開口的滑閥，如圖183 (c)所示，其流量放大系數(shù)大，對流量控制的敏感度高，動特性較好，但同樣穩(wěn)定性也差。

 

(7)機械反饋間隙的存在使超調(diào)量的調(diào)節(jié)時間增大，因此應(yīng)盡量減少反饋間隙。

(8)伺服液壓缸面積增大可提高系統(tǒng)的剛性，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但動態(tài)特性通常變差。

(9)伺服液壓缸及連接管路含油的總體積增大，對系統(tǒng)的動態(tài)特性沒有任何好處，即使系統(tǒng)穩(wěn)定性也會變壞。

(10)力矩馬達的磁滯現(xiàn)象和伺服閥各構(gòu)件的靜摩擦力大，引起動態(tài)性能變壞，必須盡力減少力矩馬達的磁滯現(xiàn)象和伺服閥內(nèi)各構(gòu)件的摩擦力，提高零件加T精度。

(11)伺服閥安裝面的平面度誤差大時，必須消除其對閥和系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。

(12)閥芯處于靜止狀態(tài)時，脈動的油源壓力會不斷把等于或稍大于徑向配合間隙尺寸的顆粒擠入閥芯和悶套之間的徑向間隙，引起閥芯的污染阻滯，因而增大閥芯運動的摩擦力，降低伺服閥的響應(yīng)度，增大滯環(huán)。

5．伺服閥的穩(wěn)定性差，穩(wěn)態(tài)誤差大，產(chǎn)生振動

伺服閥用于白動控制的目的在于使被調(diào)量按照所要求的規(guī)律變化及保持在某一恒定值，這就提出了一個精度問題。系統(tǒng)的穩(wěn)定性可用穩(wěn)態(tài)誤差表示。引起系統(tǒng)輸出量（精度）變化的原因，一個是控制作用，另一個是外界擾動。

對于恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，輸入的控制作用是不變的，引起被調(diào)量變化的是卦界擾動，因此誤差一般是對外界擾動而言的；對于隨動系統(tǒng)，輸人的控制作用是在不斷變化的，而外界擾動往往不是主要的，因此其誤差一般是對輸人控制作用而言的。

液壓伺服機構(gòu)的穩(wěn)態(tài)誤差分析，要視具體使用情況而定。例如作仿形刀架用，它的誤差就是輸入作用和外負載力兩者所引起；如果只作為隨動機構(gòu)控制一個質(zhì)量負載，那么其誤差僅由輸入的控制作用所引起。使系統(tǒng)產(chǎn)生不穩(wěn)定，甚至振動現(xiàn)象的原因如下。

(1)因執(zhí)行機構(gòu)和被調(diào)對象的摩擦特性、低剛度和低速度下引起不連續(xù)振動——爬行。

(2)油液內(nèi)有大量空氣存在，液壓泵的油壓脈動及油的可壓縮性增加，產(chǎn)生不穩(wěn)定的連續(xù)振動——爬行。

(3)連接控制閥和伺服缸之間的管道彈性變形。

(4)反饋機構(gòu)中的間隙。

(5)外來干擾時，例如載荷、速度、油壓等的突變，會產(chǎn)生自振。

(6)射流管式伺服閥在供油壓力高時容易振動。

(7)隨動速度越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也就越大。

(8)作用于伺服缸的負載力越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也越大。

(9)系統(tǒng)不靈敏區(qū)的影響（死區(qū)的影響）。產(chǎn)生死區(qū)的原因有機械信號傳遞機構(gòu)中的間隙和機械變形。當信號傳遞機構(gòu)中存在間隙時，首先要克服這些間隙后輸出機構(gòu)才能產(chǎn)生輸出運動，同樣在信號傳遞機構(gòu)中有力的傳遞要引起機械的機械變形，只有克服這些變化之后，輸出,機構(gòu)才能產(chǎn)生運動。另外如圖6-183 (a)所示，因為是正遮蓋，存在死區(qū)，所以系統(tǒng)中各部分的泄漏也增加了死區(qū)。死區(qū)的存在或死區(qū)的寬窄變化會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可采取下述措施。

(1)要正確選擇隨動閥結(jié)構(gòu)參數(shù)。例如增大伺服閥的直徑，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差；伺服缸的活塞面積增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高；液壓缸油腔體積增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。故要正確選擇隨動閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(2)適當減少執(zhí)行機構(gòu)和被調(diào)對象運動部件的質(zhì)量，可使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變好。

(3)系統(tǒng)中彈性環(huán)節(jié)的剛度提高時，可使穩(wěn)定性增加。

(4)適當降低被調(diào)對象的運動速度，可提高穩(wěn)定性。

(5)流量增益小的伺服閥可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(6)在閥與缸之間或液壓缸兩腔之間設(shè)置附加阻尼，可提高穩(wěn)定性。

6．無信號輸入，但執(zhí)行機構(gòu)向一邊移動

此時可檢查噴嘴與擋板之間的距離是否相等；工作氣隙是否不相等；是否一個噴嘴堵塞；通向噴嘴的節(jié)流通道被堵塞；主滑閥卡死在某一位置，形成單邊開口等。根據(jù)情況逐個排除。

7．靜耗量增大，壓力增益下降

(1)由于磨損，滑閥與套筒之間的配合間隙增大，從而導致系統(tǒng)供油不足，性能下降。應(yīng)嚴格控制滑閥與套筒之間的配合間隙、形位公差、表面粗糙度等，并提高滑閥、套筒的耐磨性。

(2)窗口塌邊時，可用流量配磨方法，嚴格控制窗口搭接量，保持窗口銳邊。