伺服阀-第3章液压阀的使用维修

液压阀使用维修技术
伺服阀的使用与维修
1 伺服阀结构类型图示
图1所示为力反馈喷嘴挡板式电液伺服阀。

图2所示为带电反馈的电液伺服阀。

1 力矩马达
2 喷嘴
3 滑阀
4 线圈
5 衔铁
6 扭矩管
7 挡板
8 可变节流孔
9 反馈弹簧
图1 力反馈喷嘴挡板式电液伺服阀
图2 带电反馈的电液伺服阀
1一级阀 2 力矩马达 3 液压放大器 4 阀体 5 扭矩管 6 挡板 7 衔铁8 线圈9 节流口 10 主阀心11反馈件 12 电子组件13 位移传感器
电液伺服阀的选用
电液伺服阀由电气—机械转换器和液压放大器构成，如图3所示。

电气—机械转换器是将电信号转换成机械位移；液压放大器是将电气．机械转换器输出的机械位移放大后推动阀芯运动，液压放大器由前置放大级和功率放大级组成，
前置放大级采用滑阀、喷嘴挡板阀或射流管阀，功率级采用滑阀形式。

图3 电液伺服阀控制方框图
电液伺服阀分为单级、二级和三级。

单级电液伺服阀直接由力马达或力矩马达驱动滑阀阀芯，用于压力低于6.3MPa、流量小于4 L／min和负载变化小的系统；二级电液伺服阀有两级液压放大器，用于流量小于200L／min 的系统：三级电液伺服阀可输出更大的流量和功率。

选用伺服阀要依据伺服阀的特点和系统性能要求。

伺服阀最大的弱点是抗污染能力差，过滤器的颗粒粒度必须小于3μm。

伺服阀侧重应用在动态精度和控制精度高、抗干扰能力强的闭环系统中，对动态精度要求一般的系统可用比例阀。

从响应速度优先的原则考虑，伺服阀的前置级优先选择喷嘴挡板阀，其次是射流管阀，最后是滑阀；从功率考虑，射流管阀压力效率和容积效率在70％以上，应首先选择，然后是选择滑阀和喷嘴挡板阀；
从抗污染和可靠性方面考虑，射流管阀的通径大，抗污染能力强，可延长系统无故障工作时间；从性能稳定方面考虑，射流管阀的磨蚀是对称的，不会引起零漂，性能稳定，寿命长；
滑阀的开口形式一般选择零开口结构；伺服阀规格由系统的功率和流量决定，并留有15％～30％的流量裕度；
伺服阀的频宽按照伺服系统频宽的5倍选择，以减少对系统响应特性的影响，但不要过宽，否则系统抗干扰能力减小；
伺服阀在安装时，阀芯应处于水平位置，管路采用钢管连接，安装位置尽
可能靠近执行器；
伺服阀有2个线圈，接法有单线圈、双线圈，串联、并联和差动等方式，使用时要注意；
伺服阀正式安装前，管路要接入精密过滤器，用60℃的工作油运行清洗1h；
伺服阀若在使用中出现振荡现象，可通过改变管路的长度、连接板或液压执行器的安装形式消除；
为了减小和消除伺服阀阀芯与阀套的间隙，防止滑阀卡死或堵塞，在伺服阀输入信号上叠加一个高频低幅值的颤振信号。

伺服阀使用注意事项
1）特别注意油路的过滤和清洗问题，进入伺服阀前必须安装有过滤精度在5微米以下的精密过滤器。

2）在整个液压伺服系统安装完毕后，伺服阀装入系统前必须对油路进行彻底清洗，同时观察滤芯污染情况，系统冲洗24~36小时后卸下过滤器，清洗或换掉滤芯。

3）液压管路不允许采用焊接式连接件，建议采用卡套式24度锥结构形式的连接件。

4）在安装伺服阀前，不得随意拨动调零装置。

5）安装伺服阀的安装面应光滑平直、清洁。

6）安装伺服阀时，应检查下列各项：
▪安装面是否有污物？进出油口是否接好？“O”形圈是否完好？
定位销孔是否正确？
▪将伺服阀安装在连接板上时，连接螺钉用力均匀拧紧。

▪接通电路前，注意检查接线柱，一切正常后进入极性检查。

7）伺服系统的油箱须密封并加空气滤清器和磁性滤油器。

更换新油必须经过严格的精过滤（过滤精度在5微米以下）。

8）液压油定期更换，每半年换油一次，油液尽量保持40~50℃的范
围内工作。

9）伺服阀应严格按照说明书规定的条件使用。

10）当系统发生严重的故障时，应首先检查和排除电路和伺服阀以外的环节后，再检查伺服阀。

2 喷嘴挡板式电液伺服阀故障分析
2 电液伺服阀的故障模式
喷嘴挡板式结构原理如图4所示，主要由电磁、液压两部分组成。

电磁部分是永磁式力矩马达，由永久磁铁、导磁体、衔铁、控制线圈和弹簧管组成。

液压部分是结构对称的二级液压放大器，前置级是双喷嘴挡板阀，功率级是四通滑阀；滑阀通过反馈杆与衔铁挡板组件相连。

电液伺服阀出现故障时，将导致系统无法正常工作，不能实现自动控制，甚至引起系统剧烈振荡，造成巨大的经济损失。

电液伺服阀的一些常见的、典型故障原因及现象归纳于表1。

图4 喷嘴挡板式伺服阀原理图
表1 电液伺服阀的一些常见的、典型的故障原因及现象
2 引起电液伺服阀故障的主要原因
现场调查显示伺服阀卡涩故障的占70％，内泄漏量大的占20％左右，由其它原因引起的零偏不稳的占5％左右，从统计数字看，这些故障发生得比较频繁，经过现场调研分析及多次试验，发现造成伺服阀故障频繁的原因主要有以下三个方面：
1）油质的劣化。

伺服阀是一种很精密的组件，对油质污染颗粒度的要求很严，抗燃油污染颗粒度增加，极易造成伺服阀堵塞、卡涩，同时，形成颗粒磨损，使阀芯的磨损加剧，内泄漏量增加；酸值升高，对伺服阀部件产生腐蚀作用，特别是对伺服阀阀芯及阀套锐边的腐蚀，这是使伺服阀内泄漏增加的主要原因。

2）使用环境恶劣。

伺服阀长期在高温下工作，对力矩马达的工作特性有严重影响，同时长期高温下工作加速了伺服阀的磨损及油质的劣化，形成恶性循环。

3）控制信号有较强的高频干扰，致使伺服阀经常处于低幅值高频抖动，这样伺服阀的弹簧管将加速疲劳，刚度迅速降低，导致伺服阀振动，现正对此问题进行处理。

电液伺服系统零偏、零漂分析
1 概述
用户一般希望伺服阀的零漂、零偏小，不灵敏区小，线性度好，但要减小伺服阀的零漂难度相当大，因为伺服阀零漂是伺服阀组件制造精度及使用环境的综合反映．在伺服阀生产调试过程中，经常发生调好的伺服阀零位在油压、油温都没有变化的情况下，零位又发生了变化。

因此，零位很难调。

2 电液伺服阀的零漂、零偏
零偏是电液伺服阀的一个重要性能指标。

电液伺服阀的零偏一般指实际零点相对坐标原点的偏移，它用使阀处于零点所需输入的电流值柑对于额定电流的百分比表示。

电液伺服阀的零漂是指工作条件或环境变化所导致的零偏的变化，也用其对额定电流的百分比表示。

生产制造中电液伺服阀组件参数的不对称，容易造成电液伺服阀的零偏和零漂．供油压力或油温变化时，也会引起伺服阀零点的变化，称为压力零漂或温度零漂，也用额定电流的百分比来表示。

一般平时所说的零漂是指当供油压力和油温一定时，电液伺服阀零点(输出流量为零的位置)变化，实际上是电液伺服阀死区的变化，用所需控制的电流值相对于额定电流的百分数表示。

3 电液伺服阀滑阀开口形式
图5滑阀开口形式
电液伺服阀在零位时有三种开口形式(图5所示)：负开口(正重叠)、零开口(零重叠)、正开口(负重叠)。

负开口是阀芯凸肩宽L1大于阀套上方孔宽度L2，有重叠量，即阀芯对阀套方孔的遮盖量为正值；零开口是阀芯凸肩宽L1与阀套上方孔宽度L2相等，其阀芯对阀套方孔的遮盖量为零；正开口是阀芯凸肩宽L1小于阀套上方孔宽度L2，有预开口量，阀芯对阀套方孔的遮盖量为负值，阀开口形式对其特性，特别是零位附近特性有很大的影响。

一般认为零开口特性较好，流量增益是线性的，但要做到真正的零开口，加工相当困难，通常情况是：接近零开口，阀芯对阀套方孔稍有遮盖量。

4 阀芯与阀套方孔的遮盖量对伺服阀零偏、零漂的影响
阀芯与阀套方孔的遮盖量对伺服阀零偏、零漂影响的试验应用测量配磨，先在万能工具显微镜上测量阀套方孔及方孔间距，精确到0.001mm，再在万能工具显微镜上测量阀芯两工作凸肩的尺寸及间距，最后应用对称法计算阀芯的轴向磨削量，逐步磨削和测量，准确控制阀芯与阀套方孔的遮盖量。

图6为阀芯与阀套方孔遮盖量测量配磨示意图。

阀芯与阀套的配合间隙为0.005mm时，某舵机阀芯与阀套通流槽遮盖量对阀零位的影响见表2。

数据显示，在零开口附近，阀芯对阀套通流槽遮盖量稍为负值时，系统的零位电流值变化最小。

图6阀芯与阀套方孔遮盖量测量配磨示意图
表2伺服液压舵机阀芯与阀套通流槽遮盖量对其零位影响的测试数据
在电液伺服阀为负开口且处于零位，阀芯稍有移动，但伺服阀输出还是为零时，其性能表现为伺服阀的死区大、不灵敏、零位复原性差、不稳定；
伺服阀在零开口附近，稍微正开口时，伺服阀处于零位，此时，节流口有少量油液通过，在供油压力一定时，阀芯在节流口泄漏油的作用下，相对于阀套会产生一个动态平衡位置，只要油压保持不变，此动态平衡点就不会轻易改变，反映在电液伺服阀上就是零位基本保持稳定；
当伺服阀为正开口且较大时，损耗功率大，节流口有较多泄漏油，会引起振动．反复研究和实践发现，在阀芯与阀套配合间隙为0.004mm～0.006mm 情况下，阀芯与阀套方孔的最佳遮盖量为单边-0.006mm左右。

5 力矩马达对电液伺服阀零偏、零漂的影响
力矩马达稳定性直接影响电液伺服阀的零偏、零漂。

一般力矩马达滞环大，与其组成的电液伺服阀的零偏、零漂相对也大。

在生产实践中发现，力矩马达装配时对称性差，与其组成的电液伺服阀零位不稳定，零偏、零漂相当大。

因此，力矩马达在与滑阀配合时，其装配的机械对称性相当重要。

6 油液对电液伺服阀零漂的影响
电液伺服系统对所使用的油液清洁度要求较高，一般要求达到M00G2级。

如果在电液伺服系统中采用磷酸酯抗燃油，这是一种人工合成油，在使用过程中极易劣化，主要表现为污染颗粒度的增加，污染颗粒度增加即油液变脏以后，电液伺服阀工作时，阀芯在阀套内产生的摩擦力就增大，需更大的电信号推动阀芯运动，电液伺服阀的零漂范围变大。

因此，对电液伺服系统所用的油液要定期检查，在系统中设置过滤设备，以保证油液的质量。

油液的温度和压力变化也会对电液伺服系统的零漂产生影响。

当电液伺服系统中所使用的油液温度和压力变化时，相对于电液伺服阀原来零位的动态平衡被破坏，直到达到新的动态平衡，表现为电液伺服阀的零位产生了偏移，此种零位的偏移很难消除。

7 环境温度对电液伺服阀零偏、零漂的影响
乌海职业技术学院液压传动与气动技术课程组编在低温环境下，电液伺服系统所使用的油液会变得很粘稠，直接加大了电液伺服阀工作时阀芯在阀套内运动的摩擦力，导致电液伺服系统零偏、零漂变大。

另外，在低温环境下，电液伺服阀的阀芯与阀套都会产生冷缩现象，但由于阀套方孔通流槽附近壁较簿，相对于阀芯凸肩更易收缩，此时，滑阀负开口电液伺服阀的阀芯对阀套方孔通流槽的遮盖量变得更大，工作时死区更大，直接表现为零位不稳定，零偏、零漂范围更大．因此，在低温环境下使用的电液伺服阀滑阀应采用正开口。

8 小结
电液伺服阀滑阀采用适当的正开口，改善力矩马达装配的机械对称性，保持电液伺服阀所用油液的清洁度，都可以改善电液伺服系统零位的稳定性，减少电液伺服系统的零偏和零漂。