韓 超 李文偉（寶鈦集團(tuán)，陜西 寶雞 721000）

高頻響應(yīng)比例閥原理及故障分析

韓 超 李文偉
（寶鈦集團(tuán)，陜西 寶雞 721000）

摘 要：本文首先對(duì)力士樂(lè)產(chǎn)4WS2EM 6-2X伺服閥原理進(jìn)行介紹，然后通過(guò)實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)伺服閥常見故障進(jìn)行分析處理。

關(guān)鍵詞：伺服閥；比例閥；零位調(diào)整

寶鈦集團(tuán)是全國(guó)鈦材加工的龍頭企業(yè)，鍛造則是鈦材加工的一道重要工序，為此寶鈦集團(tuán)分別從德國(guó)25MN快鍛機(jī)壓機(jī)和輔助15t操作機(jī)，快鍛機(jī)和操作機(jī)的功能動(dòng)作閥站采用的主要液壓控制元件都是三位四通高頻響應(yīng)比例流量閥（方向閥），采用三級(jí)控制。其特點(diǎn)都是采用小通徑二級(jí)伺服閥控制主閥（三級(jí)流量﹑方向閥），來(lái)實(shí)現(xiàn)壓機(jī)和操作機(jī)液壓系統(tǒng)功能動(dòng)作。

所有三位四通高頻響應(yīng)比例閥上的二級(jí)伺服閥控制原理都是采用噴嘴擋板式力反饋閉環(huán)控制。

一﹑伺服閥原理分析

該伺服閥為一個(gè)二級(jí)伺服方向閥，主要用于位置﹑力﹑速度閉環(huán)控制。

其結(jié)構(gòu)由一個(gè)電機(jī)械轉(zhuǎn)換器（力矩馬達(dá)）（1），一個(gè)液壓放大器（噴嘴擋板原理）（2），一個(gè)套閥（第二級(jí)）內(nèi)的控制閥芯（3），閥芯通過(guò)一個(gè)機(jī)械反饋連接到力矩馬達(dá)上。

在力矩馬達(dá)的線圈（4）輸入一個(gè)信號(hào)，通過(guò)電樞（5）上的永久磁鐵產(chǎn)生一個(gè)力，這個(gè)力作用到扭矩管（6）上產(chǎn)生一個(gè)力矩，由于擋板（7），通過(guò)一連桿連接到扭矩管的噴嘴擋板離開控制噴嘴（8）的中心位置，這樣就導(dǎo)致了一個(gè)壓力差，作用在控制閥芯（3）的前工作面，壓力差使得閥芯移動(dòng)，由此壓力腔連接一執(zhí)行器上，同時(shí)另一個(gè)執(zhí)行器與回油腔連接。

控制閥芯通過(guò)一反饋彈簧（機(jī)械反饋）（9），連到噴嘴擋板和力矩馬達(dá)上，控制閥芯不斷改變位置，直到反饋彈簧的反饋扭矩和力矩馬達(dá)的電磁扭矩達(dá)到平衡，噴嘴擋板系統(tǒng)的壓差變?yōu)榱恪?/p>

閥芯的行程和通過(guò)先導(dǎo)控制閥的流量實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，與輸入電信號(hào)成正比，由此實(shí)現(xiàn)比例控制。

圖1

二﹑伺服閥故障及解決

在使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)主閥錐閥閥芯開口度失控，即通過(guò)手柄控制，該開啟的時(shí)候關(guān)閉，該關(guān)閉的時(shí)候開啟。經(jīng)過(guò)我們?cè)趯?shí)際中經(jīng)驗(yàn)分析，主閥卡閥的現(xiàn)象幾乎不會(huì)出現(xiàn)。因此，造成此類故障的原因是二級(jí)伺服閥失控，即零位偏移。

由于此系列三位四通高頻響應(yīng)比例閥目前國(guó)內(nèi)制造精度不夠，無(wú)法生產(chǎn)，因此必須進(jìn)口購(gòu)買，國(guó)外采用訂單式生產(chǎn)，周期最少在12周以上，且價(jià)格非常高，均超過(guò)十萬(wàn)元，因此通過(guò)研究其工作原理，并結(jié)合我們多年的工作經(jīng)驗(yàn)，研究出一套經(jīng)濟(jì)可行的處理故障方法。

圖2

1 伺服閥零位偏移分析與解決

圖2為φ6mm通徑伺服閥全圖。（1）為伺服閥提供控制油的為單獨(dú)油路（先導(dǎo)油路），其壓力要結(jié)合伺服閥和主閥選定，25MN快鍛機(jī)先導(dǎo)系統(tǒng)提供壓力為160Bar。由于伺服閥閥芯為φ6mm通徑，而且噴嘴擋板系統(tǒng)精度非常高，內(nèi)部油路通徑不到φ1mm，因此首先要保證先導(dǎo)液壓系統(tǒng)液壓油的清潔度最少達(dá)到5μ精度，另外在伺服閥油路進(jìn)口處安裝一個(gè)3μ精度的濾芯，保證進(jìn)入伺服閥控制油路的液壓油的清潔度，避免油路堵塞，及伺服閥閥芯卡滯。出現(xiàn)零位偏移后，首先需要檢查3μ精度的濾芯是否已經(jīng)或部分堵實(shí)，造成控制油不進(jìn)油或者兩側(cè)噴油嘴進(jìn)油不均衡。確定濾芯故障后，更換或仔細(xì)清洗即可。另外，由于濾芯很小，精度很高，且廠家不會(huì)單獨(dú)出售，購(gòu)買起來(lái)比較困難，因此在清洗的時(shí)候必須仔細(xì)，清洗后要確認(rèn)是否洗通，否則安裝后零位偏移故障仍在，會(huì)影響對(duì)其他方面故障的判斷。

（2）伺服閥在使用過(guò)程中，由于液壓油長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)內(nèi)部油路，會(huì)析出一些雜質(zhì)附著在油路管壁上，當(dāng)積累到一定程度時(shí)，會(huì)堵塞油路或造成閥芯卡滯，影響使用性能，或造成噴嘴進(jìn)油不均衡，致使零位偏移。因此需要將伺服閥解體清洗。

圖3為伺服閥分解圖。因?yàn)樗欧y本身價(jià)格昂貴，內(nèi)部元件精細(xì)，所以在拆解前，應(yīng)先通過(guò)原理或裝配圖徹底了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這里需要注意的是，在拆解閥芯之前，必須先將力矩馬達(dá)帶噴嘴擋板拔出，然后將定位套及定位螺釘拔出，然后在進(jìn)行拆解。在清洗時(shí)，重點(diǎn)清洗三個(gè)部位：

①閥芯11及閥芯套10的清洗。

②噴嘴8﹑9的清洗，可用細(xì)銅絲疏通，然后用溶脂性清洗劑清洗。

③噴嘴油路的清洗，可用尖筆筒將溶脂性清洗劑吹入油路，反復(fù)多次進(jìn)行清洗。

清洗后將各元件組裝起來(lái)。

（3）如圖2所示中噴嘴擋板2連桿頂頭處安裝有一顆很小的紅寶石，其作用是撥動(dòng)閥芯來(lái)回運(yùn)動(dòng)。紅寶石質(zhì)地堅(jiān)硬﹑耐磨，可以頻次較高的撥動(dòng)閥芯來(lái)完成規(guī)定動(dòng)作，有較高的性價(jià)比，相比其他材料提高元件的使用壽命，在使用時(shí)會(huì)存在紅寶石脫落情況，由于噴嘴擋板連桿和紅寶石處于一體，出現(xiàn)脫落后，該元件就報(bào)廢了。但該元件在生產(chǎn)中屬于標(biāo)準(zhǔn)件，其規(guī)格是一樣的，如果有其他部件報(bào)廢的噴嘴擋板，而紅寶石還完好，可以進(jìn)行拆解后更換。

2 伺服閥零位調(diào)整

圖3 伺服閥分解圖

由于在清洗時(shí)需要將噴嘴拆出，所以清洗組裝后，零位肯定會(huì)偏移。因此需要對(duì)伺服閥零位重新進(jìn)行調(diào)整。

首先將二級(jí)伺服閥與三級(jí)主閥組裝好，如果有液壓試驗(yàn)臺(tái)，可以在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行調(diào)整。如果沒有，可以將組裝好的三級(jí)高頻響應(yīng)比例閥安裝在設(shè)備上進(jìn)行在線調(diào)整?？紤]到多數(shù)企業(yè)沒有試驗(yàn)臺(tái)調(diào)整的條件，下面就在線調(diào)整進(jìn)行闡述。

根據(jù)系統(tǒng)先導(dǎo)提供的油壓，25MN快鍛機(jī)為160Bar，一般在閥站會(huì)將二級(jí)伺服閥的出油口A﹑B口（三級(jí)主閥的控制油口）引出兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，取兩塊量程在0～250Bar范圍內(nèi)的壓力表，將其接在測(cè)壓點(diǎn)上，開啟先導(dǎo)泵（不用開啟主泵）。通過(guò)內(nèi)六方扳手微調(diào)節(jié)兩個(gè)噴油嘴。在不動(dòng)手柄的時(shí)候，兩塊壓力表壓力顯示應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，大概80Bar左右，當(dāng)扳動(dòng)壓機(jī)操作手柄到加壓或提升狀態(tài)后，兩塊表一塊壓力顯示160Bar，一塊顯示0Bar，當(dāng)兩種壓力表顯示狀態(tài)處于以上情況時(shí)，零位基本就調(diào)整出來(lái)了。該閥可以繼續(xù)工作。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)25MN快鍛機(jī)輔助操作機(jī)主泵及三級(jí)高頻響應(yīng)比例閥的先導(dǎo)閥進(jìn)行深入的工作原理分析，以及結(jié)構(gòu)分析，將元件可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，研究出簡(jiǎn)單﹑有效的解決方法，在成本極低的情況下將故障解決，保障了25MN快鍛機(jī)能夠穩(wěn)定﹑可靠地工作。

參考文獻(xiàn)

[1]馬玉貴.液壓件使用與維修技術(shù)大全[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，1994.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

中圖分類號(hào)：TH137.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A