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喷嘴挡板式电液伺服阀故障分析

电液伺服阀的故障模式

喷嘴挡板式结构原理如图3-124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3-8

3-8  电液伺服阀的一些常见的、典型的故障原因及现象

项目

  故障模式         

    故障原因     

        现象                 

  对系统影响           

    

   

   

  

 

 

 

   

 

1.线圈断线          

                     

零件加工粗糙,

引线位置太紧凑

阀无动作,驱动电流I0     

系统不能正常工作               

2.衔铁卡住或受到限位         

工作气隙内有杂物 

            

阀无动作、运动受到限制                                

系统不能正常工作或执行机构速度受限制。                       

3.反馈小球磨损或脱落        

磨损  

伺服阀滞环增大,零区不稳定。           

系统迟缓增大,系统不稳定。                  

磁钢磁性太强或太弱     

主要是环境影响

振动、流量太小 

系统不稳定,执行机构反应慢。     

6.反馈杆弯曲        

疲劳或人为所致     

阀不能正常工作               

系统失效                       

   喷嘴

   挡板

1.喷嘴或节流孔局部堵塞或全部堵塞           

油液污染           

                 

伺服阀零偏改变或伺服阀无流量输出                         

系统零偏变化,系统频响大幅度下降,系统不稳定。               

2.滤芯堵塞         

油液污染      

伺服阀流量减少,逐渐堵塞       

引起系统频响有所下降,系统不稳定

   滑阀

   放大

      

1.刃边磨损        

磨损          

泄漏、流体噪声增大、零偏增大                             

系统承卸载比变化,油温升高,其他液压元件磨损加剧               

2.径向阀芯磨损  

磨损

泄漏逐渐增大、零偏增大、增益下降           

系统承卸载比变化油温升高,其他液压元件磨损加剧。             

3.滑阀卡滞          

污染、变形         

滞环增大、卡死               

系统频响降低,迟缓增大,         

 

 

密封件老化、密封件与工作介质不符 

寿命已到、油液不适所致       

阀不能正常工作内、外渗油、堵塞             

伺服阀不能正常工作,阀门不能参与调节或使油质劣化               

 

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元件,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。

 

 

 

 

电液伺服阀的选用

    选用时要考虑电液伺服阀的特性,如零漂、零偏小,不灵敏区小,线性度好等;还要注意伺服阀的外形尺寸能否为机器的布局所接受,以及尽可能缩短伺服阀和执行元件间的连接管道或将伺服阀直接固定在执行元件上;在某些工作环境较恶劣的情况下,应该选用抗污染能力较强(即对油液清洁度要求较低)的伺服阀。

选择伺服阀时,应使额定流量、额定压力分别大于或等于实际需要的负载流量和实际使用压力。但使用压力降低后,不但影响其输出流量,也会使阀的不灵敏区增加,频宽降低等。

电液伺服阀的选用步骤

① 确定类型

根据系统的控制任务及负载性质等确定伺服阀的类型。

② 确定伺服阀的种类和性能指标

根据系统的性能要求,确定伺服阀的种类及性能指标。控制精度要求高的系统,拟采用分辨率高、滞环小的伺服阀;外负载力大时,拟采用压力增益高的伺服阀。

③ 确定伺服阀的规格

根据负载的大小和要求的控制速度,确定伺服阀的规格,即确定额定压力和额定流量。

④ 选择合适的额定电流

每种规格的伺服阀,有2~3种额定电流值可供选用。虽然较大的额定电流要求采用较大功率的伺服放大器,但较大额定电流值的阀具有较强的抗干扰能力。

电液伺服阀的安装、使用与维护

① 电液伺服阀在安装前,切勿拆下保护板和力矩马达上盖,更不允许随意拨动调零机构,以免引起性能变化,零部件损伤及污染等故障。

② 安装伺服阀的连接板,其表面应光滑平直。

③ 油液管路中应尽量避免采用焊接式管接头。

④ 工作介质选用石油基液压油,或根据需要选用其他的油液,推荐油液粘度60-450SUS@38℃。油液清洁等级通常情况为ISO 4406<14/11,长寿命使用ISO 4406<13/10。

⑤ 一般应在伺服阀进口处的管路上,安装无旁路、带报警的高压过滤器,过滤器精度为5~10μm。

⑥ 管路系统安装后,应按规定进行清洗和冲洗,当油液清洁度确已达到要求时,才能安装伺服阀。

⑦ 油箱必须密封并加空气滤清器。在加新油时,要求使用名义精度为5μm的滤油器过滤。

⑧ 电液伺服阀的安装位置应尽可能靠近液压执行元件,以尽量减少其间的有效容积,提高液压固有频率,从而提高系统的频宽。

⑨ 电液伺服阀与执行元件之间尽量避免使用软管,管内应排尽气体,以免降低系统的弹性模数,从而避免液压固有频率和系统频宽的降低。

⑩ 安装伺服阀时应对以下方面认真检查:伺服阀的安装面上是否有污物附着,进出油口是否接好,密封圈是否完好及定位销孔是否正确;伺服阀的联接螺钉是否均匀拧紧,在工作油压下是否有外泄漏;在接通电路前,先检查插头、插座、接线柱有无脱焊、短路等故障。一切正常后,再接通电路检查伺服阀的极性。

11 伺服阀在使用中应注意以下主要事项:工作油液应定期抽样检验,至少每年更换一次新油。为延长油液的使用寿命,建议油温尽量保持在40℃左右,避免在超过50℃时长期使用,滤芯应3~6个月更换一次。

电液伺服阀常见故障分析

  服阀不动作,导致执行元件不动作

  可能原因:

①组成伺服阀的某些零部件损坏;

②工作介质污染,引起节流孔、喷嘴或其它油路堵塞,或污物粘附在挡板上将挡板顶死,或污物将阀芯卡死;

③力矩马达线圈断线、插头插座接线柱脱焊、松脱短路等;

④供油压力调节偏低,使控制压力太低;

⑤与伺服放大器的接线不正确或接线不良;

⑥阀安装面的平面度差;

⑦伺服阀的进出油口接反。

⑵ 零漂

  可能原因:

①伺服阀本身原因(如衔铁组件松动、内装过滤器堵塞、压合的喷嘴松动、喷嘴被污物堵塞等);

②油温变化较大;

③油源压力大幅度变化;

④油液污染严重;

⑤电气零位与机械零位不重合。

⑶ 伺服阀的输出流量小

  可能原因:

①供油压力低;

②输入伺服阀的流量不足,或系统存在严重的内、外泄漏;

③伺服放大器的输出功率不足;

④阀的内装过滤器被污物堵塞。

⑷ 伺服阀的稳定性差,稳态误差大,产生振动

  可能原因:

①执行机构和被调对象的摩擦特性、低刚度、低速度下引起的不连续振动;

②工作介质内存在空气;

③连接伺服阀和伺服缸之间的管道弹性变形;

④反馈机构中的间隙;

⑤外界因素的干扰;

⑥机械信号传递机构中的间隙和机械变形,使系统产生不灵敏区(死区)。

⑸ 无信号输入,但执行机构向一边移动

  可能原因:

①两个喷嘴与挡板的距离不相等;

②工作气隙不相等;

③有一个喷嘴堵塞,或通向一个喷嘴的节流通道堵塞;

④主滑阀卡死在某一位置。

⑹ 静耗量增大,压力增益下降

  可能原因:

①由于磨损,滑阀与阀套之间的配合间隙增大,导致系统供油不足;

②窗口塌边。

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