三級噴嘴擋板伺服閥噴嘴堵塞故障分析

劉森 鄭文明 劉雨

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司設備部 河北唐山 063200)

1 前言

電液伺服閥，是將電控制信號轉換成液壓功率信號的關鍵元件，廣泛用于位置、速度、加速度和力的控制。冶金系統由于自身工作特點，在軋制厚度控制、矯直控制、卷取控制等環節中大量采用伺服閥，但是，由于構造復雜，抗污染能力差等原因，導致其在實際應用中故障率偏高。準確、快速地診斷出故障所在的部位和原因，進而對其進行有針對性的修復，對于降低設備運行成本，保障產線穩定運行具有重要意義。

2 故障現象

某中厚板產線采用MOOG D662電液伺服閥對AGC系統進行控制。實際使用中，出現的故障表現為：該閥用于液壓缸控制時，輸入正向或反向電流信號，液壓缸都向同一方向運動。閥芯位移反饋信號無變化，停留在3.7mA位置。

3 故障診斷

3.1 工作原理分析

三級噴嘴擋板電液伺服閥MOOG D662，控制信號±10mA，閥芯反饋信號4～20mA，基本結構如圖1。整個閥由伺服放大器、兩級先導閥和第三級大功率滑閥式控制閥組成，第三級閥芯的一端裝有位移傳感器，閥芯位移以電反饋形式反饋到電子控制器的輸入端，構成位置閉環回路[1]。

其兩級伺服閥(先導級)為兩級噴嘴力反饋電液流量伺服閥，結構如圖1。永磁力矩馬達、噴嘴擋板構成第一級電液轉換與功率放大機構，第二級滑閥構成液壓功率放大機構。力矩馬達由永久磁鐵、上下導磁體、控制線圈及彈簧管、反饋桿、擋板、銜鐵組合在一起的銜鐵組件組成，反饋桿小球插在閥芯中間的槽內[1]。

圖1 MOOG D662伺服閥基本結構

前置放大級雙噴嘴擋板是一個對稱結構。噴嘴擋板級由一個回油節流孔、兩個固定節流孔和兩個噴嘴擋板可變節流孔組成，基本結構如圖2。高壓油Ps經過閥內過濾器分流道兩個固定節流孔R1、R2，再分別流過兩噴嘴擋板之間間隙形成的可變節流孔R3、R4，最后匯總經過回油阻尼孔R回到油箱[2]。

圖2 D662伺服閥兩級先導閥結構

兩級伺服閥放大級雙噴嘴擋板簡化工作原理如圖3。R1、R2、R3、R4組成兩路對稱的橋路，橋路中間點壓力Pc1、Pc2為左、右兩噴嘴前的壓力，其壓差推動滑閥運動[5]。在兩級伺服閥初調時，通過改變R3、R4的液阻，即調整與兩擋板之間的間隙使R1*R3=R2*R4，此時Pc1=Pc2滑閥處于中間位置，兩級伺服閥輸出流量為0。當輸入控制電流時，力矩馬達電磁力矩的作用使擋板產生位移，液阻R3、R4發生反向變化，橋路失去平衡，即Pc1≠Pc2，形成前置級壓差ΔPc，在ΔPc的作用下，滑閥產生位移，通過反饋桿的作用，使橋路到達新的平衡位置，兩級伺服閥輸出相應的流量[4]。兩級伺服閥的輸出流量與閥芯位移成正比，閥芯位移與輸入電流成正比，兩級伺服閥的輸出流量與輸入電流之間建立一一對應的關系[2]。

圖3 D662伺服閥兩級先導閥工作原理

3.2 故障分析

以上故障現象表明，三級電液伺服閥滑閥閥芯單側壓力過大，由于兩級伺服閥存在單邊流量輸出造成三級電液伺服閥單邊流量輸出故障。

D662三級電液伺服閥的兩級伺服閥為兩級雙噴嘴擋板力反饋伺服閥(MOOG D630)，控制信號±20mA。對其進行空載流量曲線測試(測試條件如表1)，測試曲線如圖4。

表1 空載流量測試條件

曲線顯示，輸入20mA控制信號時輸出流量6.5L/min；輸入0mA控制信號時輸出流量2L/min；輸入-20mA控制信號時輸出流量-2L/min，流量存在正向單邊輸出大于負向單邊輸出[6]，并且存在滯環過大現象見圖4，伺服閥滯環一般小于5%[3]。

圖4 MOOG D662故障閥兩級先導閥空載流量曲線

當兩級伺服閥輸入負向電流信號時，先導放大級壓力Pc1、Pc2發生變化較小，產生壓差ΔPc,(先導兩腔壓差)較小，伺服閥有負向流量輸出，但流量較小。

當兩級伺服閥輸入電流信號為0時，先導放大級壓力Pc1≠Pc2，產生較小壓差ΔPc，伺服閥有正向流量輸出。

當兩級伺服閥輸入正向電流時，先導放大級壓力Pc1、Pc2發生變化，產生壓差ΔPc，伺服閥有正向流量輸出。

說明兩級伺服閥的擋板在電磁力矩的作用下能向左側移動，卻不能正常向右側移動。當擋板向左側移動后，右側產生間隙，使前置放大級Pc2下降，壓差推動閥芯向右側移動，兩級伺服閥產生正向流量輸出，可以判斷該兩級伺服閥存在非正常節流部位。

將該兩級伺服閥解體檢查，在左噴嘴發現堵塞物。左側噴嘴擋板間隙被部分堵塞是造成兩級伺服閥流量單邊輸出異常的根本原因。

3.3 故障排除

對該兩級伺服閥進行清洗、吹掃后回裝，測試兩級伺服閥空載流量(測試條件如表1)，測試曲線如圖5。輸入20mA控制信號時輸出流量5.4L/min；輸入-20mA控制信號時輸出流量-5.6/min；滯環4%，故障排除。

圖5 MOOG D662故障閥兩級伺服閥清洗后空載流量曲線

D662三級電液伺服閥閥芯位移曲線如圖6，輸入-10mA到+10mA控制信號，閥芯反饋信號4-20mA正常，經修復后的MOOG D662三級電液伺服閥上機使用正常，滿足設備精度要求。

圖6 MOOG D662故障閥修復后閥芯位移反饋曲線

4 結論

三級電液伺服閥具有線性度好、動態響應快、壓力靈敏高，其缺點是抗污染能力差[7]。本文通過對伺服閥的結構組成、工作原理、故障現象、測試曲線的分析，排除了D662三級伺服閥的一例噴嘴堵塞故障，為伺服閥修復積累了經驗。