降低液壓伺服閥的故障率的措施
1．簡(jiǎn)介
在液壓伺服系統(tǒng)中，伺服閥是用于電液速度、電液壓力、電液位置和電液力控制與調(diào)整的高精度控制元件，是聯(lián)系電信號(hào)與液壓信號(hào)的橋梁，是液壓伺服系統(tǒng)的心臟。伺服閥的使用工況直接影響整個(gè)伺服系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
在液壓伺服系統(tǒng)中，伺服閥故障的70%左右是由油液污染造成的，30%是由壓力沖擊和電氣系統(tǒng)短路等原因所引起的，所以伺服閥的故障分析與排除問題，實(shí)際上就是如何控制液壓油的清潔度、降低液壓系統(tǒng)的沖擊和防止電氣系統(tǒng)短路等。
2．伺服閥常見故障及原因分析
(1)伺服閥無壓力輸出。
1)先導(dǎo)閥芯卡死。伺服閥按功率輸出規(guī)格一般分為一、二、三級(jí)控制，在二、三級(jí)控制的伺服閥中，伺服閥主閥芯都是由先導(dǎo)閥芯來推動(dòng)的，先導(dǎo)閥芯卡死通常是液壓油過臟，或是閥芯密封圈磨損掉塊，先導(dǎo)閥芯、閥套被金屬顆粒物拉毛，致使閥芯卡住不能滑動(dòng)。
2)無控制信號(hào)輸入?？赡艿脑蚴强刂扑欧y的UC模塊死機(jī)或損壞，24V電源斷路或短路，信號(hào)傳輸線斷或者信號(hào)線與伺服閥插頭間脫落，伺服閥信號(hào)線插頭與伺服閥插孔接觸不良，伺服閥信號(hào)線插頭針腳損壞，伺服閥插孔損壞。
3)主閥芯卡死。一般是由于有大顆粒金屬污染物進(jìn)入伺服閥內(nèi)導(dǎo)致主閥芯卡死在閥套內(nèi)不能動(dòng)作。
4)伺服閥內(nèi)置信號(hào)放大板燒壞。伺服閥信號(hào)放大板是集成在伺服閥本體內(nèi)的，由一個(gè)單獨(dú)的接線盒安裝在伺服閥上，由于伺服閥工作環(huán)境不良，可能有水進(jìn)入伺服閥放大板或者水蒸氣在伺服閥放大板上形成凝露，導(dǎo)致伺服閥放大板短路，使得放大板上的電氣元件（電阻、電容、信號(hào)線插頭等）損壞；24V (12V)直流電源電壓超過伺服閥允許的范圍、電源線接反也會(huì)造成伺服閥內(nèi)置信號(hào)放大板損壞。圖194所示的是由于水蒸氣在伺服閥放大板的電阻上形成了凝露，導(dǎo)致放大板上的電阻短路燒壞，致使整個(gè)放大板損壞。
5)先導(dǎo)級(jí)損壞。在射流管伺服閥中，一般是由于油液的清潔度低導(dǎo)致射流管堵塞或者是由于油液的壓力沖擊導(dǎo)致射流管開裂、折斷，射流管噴射,出去的液壓油無法準(zhǔn)確的噴射到接收裝置內(nèi)；在噴嘴擋板伺服閥中，一般是由于油液的壓力沖擊導(dǎo)致反饋桿折斷或者是由于油液中的顆粒污染物導(dǎo)致控制油節(jié)流孔堵塞。
6)反饋裝置損壞。在力反饋伺服閥中，一般是由于反饋裝置中有水進(jìn)入導(dǎo)致力反饋馬達(dá)線圈燒壞，力反饋桿在外力的作用下變形后導(dǎo)致力反饋桿折斷；在電反饋伺服閥中，一般由于反饋裝置中有水進(jìn)入導(dǎo)致反饋碰尺損壞，反饋磁尺的接線斷路。
(2)伺服閥壓力輸出滯后有振蕩而實(shí)際壓力與給定壓力不符。
1)控制油過濾器堵塞。由于油液清潔度低，油液內(nèi)各種雜質(zhì)含量高，使得油液流過過濾器時(shí)，雜質(zhì)被過濾器濾掉，大量的雜質(zhì)堆積在過濾器內(nèi)部及表面，導(dǎo)致控制油過濾器濾網(wǎng)堵塞，控制油過油不暢，閥芯動(dòng)作滯后。圖195中，左上圖所示的是由于油液氧化變質(zhì)產(chǎn)生了油泥，使得過濾器被油泥堵塞；左下圖所示的是由于油液中雜質(zhì)較多，尤其是一些布屑在經(jīng)過濾油器時(shí)被濾油器濾掉，布屑逐漸的將過濾器堵塞；右下圖所示的是液壓油內(nèi)有塑質(zhì)雜質(zhì)，一般塑質(zhì)雜質(zhì)呈片狀，經(jīng)過過濾器時(shí)將過濾器堵塞。
2)伺服閥閥芯運(yùn)動(dòng)不暢。由于油液清潔度較差，油液內(nèi)油泥及固體雜質(zhì)含量較高，尤其是油泥在閥芯和閥套內(nèi)長期積累，使得閥芯在閥套內(nèi)運(yùn)動(dòng)受阻，輸出壓力不能及時(shí)的跟隨給定值的變化而變化。
3)力反饋伺服閥中反饋桿球頭磨損。如圖196所示，左圖是新的反饋桿球頭，表面很光滑，右圖是磨損后的球頭，球頭表面不光滑，有明顯的磨痕。反饋干球頭磨損一般是由于伺服閥使用時(shí)間太長，導(dǎo)致球頭超期服役過度磨損；液壓油內(nèi)水分含量高，使得液壓油的潤滑性能變差，加速了球頭的磨損。
4)閥芯節(jié)流銳邊磨損或損壞。如圖197所示，左上圖所示的是新閥的節(jié)流銳邊，節(jié)流銳邊重合；左下圖所示的是磨損后的節(jié)流銳邊，磨損后的節(jié)流銳邊在伺服閥處于中位時(shí)泄漏量加大，導(dǎo)致輸出壓力不穩(wěn)定。
5)控制反饋電路調(diào)整不當(dāng)而伺服閥閥芯零偏大。
(3)伺服閥出口壓力恒定無法調(diào)整。
1)伺服閥P口一有壓力油輸入伺服閥出口就有壓力輸出，反復(fù)調(diào)整伺服閥的給定而伺服閥H{口壓力無變化，但檢測(cè)輸入信號(hào)時(shí)有調(diào)整信號(hào)輸入，其原因是伺服閥閥芯卡死在某一開口位置，致使輸出壓力恒定在某一數(shù)值且無法調(diào)整。
2)控制反饋電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)不當(dāng)，造成零點(diǎn)過高。
3．降低伺服閥故障的措施
(1)提高油液清潔度。
1)提高液壓油液的清潔度。
①在液壓伺服系統(tǒng)中，要求油液的清潔度控制在NAS4～NAS7級(jí)以內(nèi)，新油液的清潔度一般為NAS8～NAS11級(jí)，因此需設(shè)置一個(gè)備用箱，將新的油液提前加入備用箱進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)油液的清潔度達(dá)到伺服系統(tǒng)所要求的等級(jí)后再倒人系統(tǒng)再用箱使用；在伺服閥控制油路上設(shè)置高精度過濾器，過濾精度為3～5μm的過濾器，過濾器應(yīng)設(shè)有堵塞顯示報(bào)警裝置，過濾器濾芯更換周期最好為3～4個(gè)月；伺服系統(tǒng)的循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)濾芯最好使用高精度的濾芯，一般使用過濾精度為3μm的濾芯。
②定期抽樣檢查系統(tǒng)內(nèi)的工作油液，通常為每月檢測(cè)一次，如果油液的理化性能超過了規(guī)定的范圍，那么必須更換油液；伺服系統(tǒng)的油箱要定期清洗，一般1年清洗一次，清洗時(shí)不得使用容易掉毛的綿絲等，最好使用面團(tuán)對(duì)油箱的內(nèi)壁進(jìn)行清理；為延長油液使用壽命，油溫應(yīng)控制在40℃左右，避免在超過50℃時(shí)長期使用，油液在高溫條件下長期使用會(huì)使油液氧化變質(zhì)，油液氧化變質(zhì)后會(huì)產(chǎn)生油灰，油灰進(jìn)入伺服閥內(nèi)會(huì)導(dǎo)致伺服閥先導(dǎo)級(jí)卡阻、阻尼孔堵塞、內(nèi)置過濾器濾芯堵塞。
③在使用電液伺服閥時(shí)，應(yīng)按產(chǎn)品說明書進(jìn)行安裝和維護(hù)。安裝前切勿拆下閥的底座保護(hù)板和先導(dǎo)級(jí)控制閥上蓋，更不能隨意撥動(dòng)伺服閥的調(diào)零機(jī)構(gòu)，以免引起閥內(nèi)污染、零部件損傷和閥零位偏差等。伺服閥安裝前首先要檢查底座連接板表面是否光滑、平整及是否有污染物附著，進(jìn)出油口是否接好，O形密封圈是否完好，定位銷孔是否正確等，應(yīng)將安裝伺服閥的閥塊表面用專用的清潔劑清洗干凈，防止臟物進(jìn)入伺服閥內(nèi)。
2)液壓管路的清潔度。
液壓伺服系統(tǒng)的油管可用銅管或不銹鋼管，管路要提前進(jìn)行酸洗去除管路內(nèi)的雜物，酸洗后應(yīng)使用干凈的氮?dú)獯蹈?；管路焊接需要打破口的時(shí)候必須使用破口機(jī)，打完破口后必須將管路清理干凈，在焊接時(shí)必須在管路內(nèi)充氬氣后進(jìn)行焊接，防止在管路內(nèi)產(chǎn)生焊流進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)；管路上有螺紋式管接頭的，在管接頭連接處不得使用黏合劑或者是生料帶。在安裝法蘭、接頭時(shí)切勿用容易掉毛的綿絲等物去擦拭連接面，防止異物進(jìn)入系統(tǒng)使伺服閥卡死。
(2)降低系統(tǒng)壓力沖擊。
1)為了使伺服閥的控制精度更高，減少伺服閥先導(dǎo)級(jí)的壓力沖擊，可以在伺服閥控制油前設(shè)置一個(gè)壓力補(bǔ)償器，使得控制油的壓力穩(wěn)定在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)，也可以通過此壓力補(bǔ)償器來調(diào)整控制油的壓力，滿足伺服閥對(duì)控制油壓力的要求；一般的伺服系統(tǒng)中，伺服閥控制油的壓力與系統(tǒng)壓力相等，事實(shí)上適當(dāng)降低控制油的壓力對(duì)伺服閥的階躍響應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，反而控制油壓力降低以后可以降低先導(dǎo)級(jí)的故障率，從而降低伺服閥的故障率。現(xiàn)拿MOOG D662．.P..M系列伺服閥為例進(jìn)行說明，從圖198中可以看出，當(dāng)伺服閥閥芯開度在50%時(shí)，控制油壓力每降低10bar階躍響應(yīng)降低0.2ms，對(duì)于冶金行業(yè)的伺服系統(tǒng)來說，階躍響應(yīng)時(shí)間降低1～5ms對(duì)控制精度影響甚微，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制要求，所以適當(dāng)降低控制油壓力可以大大降低伺服閥的故障(見圖198)。
2)在伺服系統(tǒng)中，壓力沖擊可以導(dǎo)致伺服閥先導(dǎo)級(jí)損壞，比如射流管斷裂、先導(dǎo)級(jí)端蓋開裂等。為了降低系統(tǒng)的壓力沖擊可以在液壓站內(nèi)設(shè)置一組或多組蓄能器來吸收系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，在伺服閥的進(jìn)油管路前設(shè)置一個(gè)吸震蓄能器來降低壓力沖擊對(duì)伺服閥的影響。
(3)定期檢查控制電纜及插頭。
定期檢查伺服閥插頭是否松動(dòng)，插頭的接線是否松動(dòng)，必要時(shí)可以用電氣絕緣膠帶將伺服閥接線及插頭包裹起來，防止水和水蒸氣進(jìn)^伺服閥插頭內(nèi)導(dǎo)致電氣系統(tǒng)短路；定期檢查伺服閥的控制電纜表面是否完好，有破損的要及時(shí)更換，切忌伺服閥控制電纜有對(duì)接的接口，必須保證從電氣控制箱到伺服閥是一根整的電纜，如果有接口可能會(huì)影響控制信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。
(4)改善伺服悶的工作環(huán)境。由于伺服閥內(nèi)部集成了電氣放大電路，電氣放大電路內(nèi)部如果有水或水蒸氣進(jìn)人后，就會(huì)導(dǎo)致電氣放大板短路損壞，所以裝有伺服閥的閥臺(tái)應(yīng)該放置在遠(yuǎn)離水和水蒸氣的地方，并且閥臺(tái)應(yīng)放置在密閉的箱體內(nèi)，箱體內(nèi)設(shè)置通風(fēng)設(shè)施，保證空氣流通；還可以在裝有電氣放大板的接線盒內(nèi)放置干燥劑，干燥劑定期更換，保證電氣放大板表面干燥。
(5)合理使用伺服閥。伺服閥在正常工作時(shí)，一般要求閥芯開度不超過75%，如果超過了75%會(huì)對(duì)伺服閥閥芯造成損害，所以在不影響設(shè)備控制要求的前提下，將伺服閥閥芯開度控制在75%以內(nèi)，可以有效地降低伺服閥的故障率；不論是電流還是電壓控制的伺服閥，輸入電流和電壓都不允許超過額定值的25%，否則會(huì)損壞伺服閥的內(nèi)置信號(hào)放大板，所以一定要保證伺服閥的輸入信號(hào)和電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。
通過以上對(duì)伺服閥故障原因的分析，得出了影響伺服閥性能的幾個(gè)主要原因．針對(duì)各種原因制定了應(yīng)對(duì)措施，伺服閥要嚴(yán)格按照伺服閥的使用要求使用，嚴(yán)格控制液壓油的清潔度，盡量減小伺服系統(tǒng)的壓力沖擊，保證伺服閥在一個(gè)良好的工況條件下工作；定期對(duì)伺服系統(tǒng)的油液清潔度進(jìn)行檢測(cè)，定期檢查伺服閥的閥芯零偏，及時(shí)更換性能較差的伺服閥。