降低液壓伺服閥的故障率的措施
1．簡介
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)系電信號與液壓信號的橋梁，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伺服系統(tǒng)的運行穩(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)先導閥芯卡死。伺服閥按功率輸出規(guī)格一般分為一、二、三級控制，在二、三級控制的伺服閥中，伺服閥主閥芯都是由先導閥芯來推動的，先導閥芯卡死通常是液壓油過臟，或是閥芯密封圈磨損掉塊，先導閥芯、閥套被金屬顆粒物拉毛，致使閥芯卡住不能滑動。
2)無控制信號輸入。可能的原因是控制伺服閥的UC模塊死機或損壞，24V電源斷路或短路，信號傳輸線斷或者信號線與伺服閥插頭間脫落，伺服閥信號線插頭與伺服閥插孔接觸不良，伺服閥信號線插頭針腳損壞，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入伺服閥內(nèi)導致主閥芯卡死在閥套內(nèi)不能動作。
4)伺服閥內(nèi)置信號放大板燒壞。伺服閥信號放大板是集成在伺服閥本體內(nèi)的，由一個單獨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、電源線接反也會造成伺服閥內(nèi)置信號放大板損壞。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，導致放大板上的電阻短路燒壞，致使整個放大板損壞。
5)先導級損壞。在射流管伺服閥中，一般是由于油液的清潔度低導致射流管堵塞或者是由于油液的壓力沖擊導致射流管開裂、折斷，射流管噴射,出去的液壓油無法準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致反饋桿折斷或者是由于油液中的顆粒污染物導致控制油節(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入導致力反饋馬達線圈燒壞，力反饋桿在外力的作用下變形后導致力反饋桿折斷；在電反饋伺服閥中，一般由于反饋裝置中有水進入導致反饋碰尺損壞，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，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，導致控制油過濾器濾網(wǎng)堵塞，控制油過油不暢，閥芯動作滯后。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)過過濾器時將過濾器堵塞。
2)伺服閥閥芯運動不暢。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)運動受阻，輸出壓力不能及時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間太長，導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泄漏量加大，導致輸出壓力不穩(wěn)定。
5)控制反饋電路調(diào)整不當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，反復調(diào)整伺服閥的給定而伺服閥H{口壓力無變化，但檢測輸入信號時有調(diào)整信號輸入，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調(diào)節(jié)不當，造成零點過高。
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級以內(nèi)，新油液的清潔度一般為NAS8～NAS11級，因此需設(shè)置一個備用箱，將新的油液提前加入備用箱進行循環(huán)，當油液的清潔度達到伺服系統(tǒng)所要求的等級后再倒人系統(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)有堵塞顯示報警裝置，過濾器濾芯更換周期最好為3～4個月；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，清洗時不得使用容易掉毛的綿絲等，最好使用面團對油箱的內(nèi)壁進行清理；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℃時長期使用，油液在高溫條件下長期使用會使油液氧化變質(zhì)，油液氧化變質(zhì)后會產(chǎn)生油灰，油灰進入伺服閥內(nèi)會導致伺服閥先導級卡阻、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，應(yīng)按產(chǎn)品說明書進行安裝和維護。安裝前切勿拆下閥的底座保護板和先導級控制閥上蓋，更不能隨意撥動伺服閥的調(diào)零機構(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，管路要提前進行酸洗去除管路內(nèi)的雜物，酸洗后應(yīng)使用干凈的氮氣吹干；管路焊接需要打破口的時候必須使用破口機，打完破口后必須將管路清理干凈，在焊接時必須在管路內(nèi)充氬氣后進行焊接，防止在管路內(nèi)產(chǎn)生焊流進入系統(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、接頭時切勿用容易掉毛的綿絲等物去擦拭連接面，防止異物進入系統(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，減少伺服閥先導級的壓力沖擊，可以在伺服閥控制油前設(shè)置一個壓力補償器，使得控制油的壓力穩(wěn)定在一個規(guī)定的范圍內(nèi)，也可以通過此壓力補償器來調(diào)整控制油的壓力，滿足伺服閥對控制油壓力的要求；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，事實上適當降低控制油的壓力對伺服閥的階躍響應(yīng)不會產(chǎn)生太大的影響，反而控制油壓力降低以后可以降低先導級的故障率，從而降低伺服閥的故障率。現(xiàn)拿MOOG D662．.P..M系列伺服閥為例進行說明，從圖198中可以看出，當伺服閥閥芯開度在50%時，控制油壓力每降低10bar階躍響應(yīng)降低0.2ms，對于冶金行業(yè)的伺服系統(tǒng)來說，階躍響應(yīng)時間降低1～5ms對控制精度影響甚微，完全滿足現(xiàn)場設(shè)備的控制要求，所以適當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，壓力沖擊可以導致伺服閥先導級損壞，比如射流管斷裂、先導級端蓋開裂等。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，在伺服閥的進油管路前設(shè)置一個吸震蓄能器來降低壓力沖擊對伺服閥的影響。
(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，插頭的接線是否松動，必要時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^伺服閥插頭內(nèi)導致電氣系統(tǒng)短路；定期檢查伺服閥的控制電纜表面是否完好，有破損的要及時更換，切忌伺服閥控制電纜有對接的接口，必須保證從電氣控制箱到伺服閥是一根整的電纜，如果有接口可能會影響控制信號的準確傳輸。
(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人后，就會導致電氣放大板短路損壞，所以裝有伺服閥的閥臺應(yīng)該放置在遠離水和水蒸氣的地方，并且閥臺應(yīng)放置在密閉的箱體內(nèi)，箱體內(nèi)設(shè)置通風設(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，一般要求閥芯開度不超過75%，如果超過了75%會對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%，否則會損壞伺服閥的內(nèi)置信號放大板，所以一定要保證伺服閥的輸入信號和電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。
通過以上對伺服閥故障原因的分析，得出了影響伺服閥性能的幾個主要原因．針對各種原因制定了應(yīng)對措施，伺服閥要嚴格按照伺服閥的使用要求使用，嚴格控制液壓油的清潔度，盡量減小伺服系統(tǒng)的壓力沖擊，保證伺服閥在一個良好的工況條件下工作；定期對伺服系統(tǒng)的油液清潔度進行檢測，定期檢查伺服閥的閥芯零偏，及時更換性能較差的伺服閥。