一种电液伺服阀卡滞失效分析

范东林 黄 海 李玉雪 陈向前

（国营洛阳丹城无线电厂，洛阳 471000）

在某产品修理中出现了舵不归零现象，经分析与试验，确认为某型产品电液伺服阀卡滞所导致。将卡滞的电液伺服阀拆解后，在体视显微镜下观察，发现在电液伺服阀喷嘴处有类胶状物。研究整个修理流程，测试其他产品时，在液压系统进油口处观察到与电液伺服阀喷嘴处类似性质的胶状物（已固化），在进油滤芯的过滤网褶皱上发现几处金属碎屑，且快换接头发现有轻微锈蚀物。出现这些现象，通常与制造和修理过程中油液的污染物控制有关。为准确定位原因，采用针状工具疏通卡滞电液伺服阀喷嘴口处的污染物后进行再次测试，结果显示电液伺服阀卡滞现 象消失。

1 某型电液伺服阀卡滞分析

常用的电液伺服阀一般有喷嘴挡板阀和射流管阀两种。其中，喷嘴挡板阀在国内的生产中使用最广泛。电液伺服阀是具有力反馈的两级阀，作用是将控制电流信号转换成液压油流量输出信号。力矩马达式电液伺服阀结构 见图1。

图1 力矩马达式电液伺服阀结构图

某产品液压系统工作原理框图见图2，其中加压阀的作用为在液压泵出口快速建立压力差，使某产品能源系统快速起动。经过拆解和分析液压系统发现，在液压系统除气加注时，从液压泵到加压阀之间的液压油并不能被全部置换，同时现场也发现在除气加注过程中存在油液变色现象，因此判断产品液压系统中可能混入了不能去除的变质的液压油。系统多次循环后油液进入电液伺服阀，长期存储后引起了电液伺服阀的卡滞。

根据相关资料[1]，油液中存在1～5 μm颗粒时容易造成淤积，增加摩擦阻力。当动力不足以克服摩擦力时，就会造成液压元件的卡死。从某产品液压工作原理框图及电液伺服阀结构也可以看出，液压系统测试时，测试系统液压油并不经过阀门组合油滤器，只经过测试口处滤油器（图2未画出）直接进入舵伺服机构。其过滤精度较低，可能导致小尺寸段的颗粒污染物累计增加。而舵电液伺服阀本身自带滤油器且过滤精度高，但只过滤进入节流器和喷嘴的油液，并不过滤进入阀芯处的油液，可能导致与阀体间隙小的阀芯的损伤或卡滞（伺服阀间隙1～5 μm），从而造成电液伺服阀的失效。

图2 某产品液压系统工作原理框图

经过测试验证和综合分析，造成某型电液伺服阀失效的原因应与液压介质的污染相关。

2 电液伺服阀的失效分析

2.1 电液伺服阀的失效模式

油液清洁度造成的电液伺服阀失效的模式主要有以下几种[2-3]。

（1）淤积失效。当电液伺服阀静止并有压力作用时，会在阀芯与阀体之间出现淤积。随着污染物的聚积，阀芯与阀体之间的摩擦增大，响应时间延长，导致电液伺服阀响应不稳定，并有一个很宽的滞环，严重时将导致电液伺服阀出现卡滞。

（2）卡涩失效。当电液伺服阀零偏很大时，作用在阀芯两端的油压使得阀芯与阀体的金属接触表面之间出现微观粘附。这种偏载荷一般为阀芯和阀体之间的环形缝隙的不均匀污染物的淤积造成，严重卡涩时可能引起电液伺服阀卡紧失效。

（3）冲蚀失效。冲蚀失效由比阀芯或阀体表面更硬的颗粒及污染物引起，是颗粒污染物对阀芯或阀体冲击或切削加工作用的结果。阀芯或阀体的节流棱边被损坏，会降低压力增益，增加内部泄漏。

（4）堵塞失效。在电液伺服阀中，喷嘴与挡板之间的间隙非常小，节流阀口与喷嘴口直径也很小，一旦有超过喷嘴与挡板间隙或开口直径的污染物进入或聚集，极易发生堵塞，最终导致电液伺服阀卡滞。

（5）应力作用失效。电液伺服阀零偏过大时，弹簧管始终会受到应力作用。弹簧管长期处于此状态会造成弹性力的变化甚至发生失效，最终导致电液伺服阀控制失效而不能正常工作。

喷嘴挡板式电液伺服阀的控制口（喷嘴和挡板处）容易被污染物堵塞。节流孔、喷嘴孔以及喷嘴和挡板之间的间隙等对颗粒污染物比较敏感。虽然喷嘴孔直径一般为数百微米，喷嘴与挡板之间的间隙为50～100 μm，但只要是20 μm以上的颗粒仍可能聚集成团将喷嘴孔堵塞，而 0～10 μm的颗粒对电液伺服阀影响较小。

某型电液伺服阀堵塞发生于喷嘴与挡板之间，在显微镜下观察到的污染物见图3，其成分为黑色非金属团与金属屑的混合物。

图3 显微镜下观察到的电液伺服阀的污染物

某型电液伺服阀卡滞的主要原因在于液压介质的污染[4]。随着液压系统的使用条件正在向高压、高转速和高精度方向发展，液压介质的污染对液压系统的性能及可靠性影响极大，因此应加强控制电液伺服阀系统中液压油污染的力度。

2.2 液压油中污染物的来源

液压油液的污染源主要包括5个方面。

（1）新液压油被污染。新油液在运输、存储直至加注到测试系统或产品液压系统的过程中，会被管路、容器以及加注设备等之间可能存在的污染物（如金属屑、橡胶颗粒、氧化皮、铁锈和纤维等）污染。

（2）残留污染。液压系统中，尤其新的电液伺服阀及其油道中会存在一定的残留污染。典型的残留污染物有毛刺、飞边、切屑、灰尘、纤维、密封胶和清洗液等。

（3）油液变质。液压油在长期使用过程中会出现油液的降解或氧化失效、水分及粘度增加以及油液酸性变质等问题。

（4）进入污染。进入污染主要指来自周围环境的污染源进入液压系统。解决进入污染的关键在于要确保进入系统的油液清洁无污染。

（5）内部生成污染。对液压系统危害较大的污染是该系统本身所产生的污染物，包括电液伺服阀制造和装配中产生的污染物。

控制液压系统中油液污染的主要措施是过滤，即采用滤油器净化油液。常见的滤油器只是由多孔性滤材做机械性过滤，而机械性过滤只能除去磨粒或较大污物，并不能去除引起氧化变质的微尘等。因此，必须足够重视并严格控制液压油的氧化变质。

3 某产品电液伺服阀故障处理

针对某产品电液伺服阀出现的卡滞现象，应从以下几个方面采取措施。

（1）在控制液压油质量方面，要重点监测液压油的酸值、水分、机械杂质、水溶性酸和碱和氧化安定性5个性能指标。建议每年检测一次液压测试系统中的油液。生产任务量大时，指标测试周期可缩减为半年。

（2）定期检测测试系统中油液的清洁度，严格控制油液污染等级。对于整个测试系统，建议每季度利用在线检测口检测一次。对于测试系统中的各液压过滤器或滤芯，在在线检测合格的前提下，每3年左右更换一次。对于新进入测试系统的液压油，在条件许可时，可按产品液压系统所要求的污染等级控制。

（3）某产品液压系统中，设计的电液伺服阀滤油器并不会二次过滤进入阀芯的油液，因此必须重视油液进入系统前油滤器的质量控制。对于除气加注流程中难以去除的液压泵到加压阀之间的油液变质和污染，可采用拆解后清洗液压泵、单向阀或加压阀的方法来处理。

（4）为了更好地保证生产，要排查修理现场的环境，分析和处理可能引入污染源的地方。例如，对电液伺服阀测试台进行超净化处理，以避免测试过程中进入污染物；对测试设备各快换接头进行防护处理，对难以直接观察的油道必要时可采用内窥镜观察，从而减少污染物的进入；应加强对非金属物（如密封圈）装配前的检查，杜绝有损伤或有飞边的密封圈装入产品。

（5）严格落实修理过程中的相关规章制度。例如，加强对超净间的管理，清理整顿超净间；分解装配液压系统过程中，增加用汽油清洗的内控环节；在各液压元件及电液伺服阀分解和装配时，应注重清洁度，尤其对各配合面，应做好防尘和清洁工作。

（6）在电液伺服阀测试过程中尤其是发现伺服阀卡滞时，可以采用大电流冲洗伺服阀，去除可能堵塞或淤积的污染物。因此，在实际使用中，大电流冲洗也可作为一种故障处理措施。为避免大电流清洗可能引起的弹簧管应力损伤、电液伺服阀控制上的误差增大及阀芯与阀体之间的过度磨损，应尽量避免采用大电流冲洗伺服阀的方法解决伺服阀卡涩现象。

4 结语

针对某产品电液伺服阀出现卡滞故障，在拆解分析整个液压系统环节时发现，系统入口处滤油器存在金属碎屑，测试口有固态胶状物，且在电液伺服阀喷嘴处也观察到污染物的问题。结合液压系统修理过程，认为该问题主要由产品液压油的变质或引入污染引起。

分析测试系统5个液压油指标的检测结果，认为测试系统中油液变质可能性较小，某产品自身液压系统中油液变质可能性较大，但不排除测试过程中的引入污染。因此，在某产品修理过程中必须严格按照规程修理，避免外来污染物的侵入。同时，在产品修理时，要严格控制液压泵、单向阀和加压阀的清洗质量，需彻底清理液压泵到加压阀之间可能变质的液压油，同时严格控制测试时进入舵伺服阀的油液污染，必要时可将某产品测试进口滤油器作为必换件进行更换，从而降低电液伺服阀失效概率。