液壓伺服閥故障分析及處理
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楊國(guó)安 陸平
（牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江，157013）
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摘要：介紹了牡丹江恒豐紙業(yè)有限公司10#紙機(jī)的壓榨、雕印、施膠系統(tǒng)的液壓伺服閥控制原理，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用闡述MOOC伺服閥D633系列的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和故障處理方法。
關(guān)鍵詞：液壓；伺服閥；故障處理
特種紙機(jī)的壓榨系統(tǒng)（包括一壓、二壓和雕�。┮约笆┠z機(jī)和卷取系統(tǒng)都是由液壓站提供動(dòng)力的�？刂七@些設(shè)備按要求運(yùn)行的一般是采用美國(guó)穆格公司生產(chǎn)的D633系列伺服閥，該伺服閥具有調(diào)節(jié)和換向功能，所以通常也稱為換向比例閥，本文簡(jiǎn)稱為D633比例閥。
無(wú)論控制特種紙機(jī)壓榨系統(tǒng)還是施膠機(jī)或卷取系統(tǒng)，都是要求某個(gè)動(dòng)輥能夠在分開(kāi)方向和關(guān)閉方向（包括接觸和加壓）進(jìn)行分步驟精確控制。以牡丹江恒豐紙業(yè)有限責(zé)任公司10#紙機(jī)的二壓工作原理為例（如圖1所示），當(dāng)D633比例閥自身發(fā)生故障，或者因?yàn)橛唾|(zhì)等外界因素導(dǎo)致D633比例閥故障，都會(huì)使D633比例閥停止工作。如果是D633比例閥電路或接線故障，D633比例閥在兩側(cè)彈簧作用下會(huì)恢復(fù)中間位置，保證控制設(shè)備保持原有狀態(tài)。如果是油質(zhì)中含有顆粒雜質(zhì)堵塞D633比例閥閥芯，控制設(shè)備就不能保持原有狀態(tài)。本文就牡丹江恒豐紙業(yè)有限責(zé)任公司10#紙機(jī)的壓榨系統(tǒng)中D633比例閥在使用過(guò)程中遇到的典型故障及處理方法進(jìn)行介紹。
1 D633比例閥工作原理
圖2所示為D633比例閥的結(jié)構(gòu)。D633比例閥是直動(dòng)式比例閥，它具有閥芯位置反饋功能，可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。閥芯由永磁式線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，它可以靈活地從彈簧對(duì)中位置雙向驅(qū)動(dòng)閥芯。與只能產(chǎn)生單向驅(qū)動(dòng)力的比例電磁閥相比，它具有雙向驅(qū)動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)。D633比例閥位置傳感器和線性力馬達(dá)形成閉環(huán)控制是通過(guò)集成電路板實(shí)現(xiàn)的。驅(qū)動(dòng)閥芯位移信號(hào)是電氣信號(hào)通過(guò)電路板轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號(hào)，再由脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)線性力馬達(dá)。D633比例閥在正常工作中，閥芯位移信號(hào)與指令信號(hào)進(jìn)行比較，系統(tǒng)輸出比例信號(hào)，推動(dòng)閥芯移至指定位置。
1.1D633比例閥功能
圖3為D633比例閥的功能示意圖。從圖3可知，該閥可應(yīng)用于三通、四通的節(jié)流型流量控制閥。其中閥口P為壓力入口，閥口A和閥口B作流量控制閥口，閥口T為回流出口。10#紙機(jī)比例閥是由DCS發(fā)出O至±IO V指令信號(hào)控制。如圖3所示，當(dāng)發(fā)出+10 V信號(hào)時(shí)，閥口100%全開(kāi)，且閥口P和閥口A溝通、閥口B和閥口T溝通。指令信號(hào)為0時(shí)，閥芯居中。當(dāng)發(fā)出-10 V信號(hào)時(shí)，閥口- 100%全開(kāi)，且閥口P和閥口B溝通、閥口A和閥口T溝通。如果要應(yīng)用在三通節(jié)流型流量控制閥時(shí)，必須根據(jù)需要將閥口A或閥口B堵死。
2故障現(xiàn)象
圖4所示的比例閥控制柜中有壓榨系統(tǒng)中的一壓、二壓和雕印共3個(gè)分部的D633比例閥，每個(gè)分部有兩個(gè)D633比例閥分別控制傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，共計(jì)6個(gè)D633比例閥。故障發(fā)生之前，這3個(gè)分部測(cè)試第一次都正常工作，當(dāng)測(cè)試第二次時(shí)就不能正常工作了，而且3個(gè)分部動(dòng)輥都是在分開(kāi)位置。在DCS系統(tǒng)畫(huà)面查看3個(gè)分部輸出的控制信號(hào)和閥位反饋信號(hào)都正常。
3 故障分析及處理
由于是6個(gè)D633比例閥同時(shí)發(fā)生故障，所以判定不應(yīng)該是比例閥故障。到DCS系統(tǒng)I/O柜端子測(cè)量±10 V輸出信號(hào)和比例閥控制柜端子測(cè)量控制信號(hào)一致。通過(guò)D633比例閥安裝圖紙發(fā)現(xiàn)，這6個(gè)D633比例閥是由一路24 V電源驅(qū)動(dòng)。那么除了設(shè)備原因等外界因素之外，只能是D633比例閥電源了。當(dāng)測(cè)量每個(gè)D633比例閥24 V電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓只有18 V左右，約30 min后，24 V電源空開(kāi)跳閘。由于6個(gè)D633比例閥共用一個(gè)24 V電源，所以逐個(gè)拆線測(cè)量，發(fā)現(xiàn)控制二壓操作側(cè)的D633比例閥24 V線圈阻值很�。ㄓ萌f(wàn)用表測(cè)量已經(jīng)導(dǎo)通了）。發(fā)現(xiàn)了故障點(diǎn)后，將D633比例閥更換，送上24 V電源之后，6個(gè)D633比例閥進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
需要說(shuō)明的是，如圖1所示的位號(hào)為G2YH211的液壓安全閥24 V工作電源，是通過(guò)DCS系統(tǒng)DO模塊控制的，不是24 V電源空開(kāi)控制。這個(gè)DO模塊輸出24 V電源與液壓站壓力、兩側(cè)D633比例閥控制壓力差和壓力上限等保護(hù)信號(hào)有聯(lián)鎖控制，從而保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)二壓的相關(guān)設(shè)備。
4故障分析總結(jié)
上述故障雖然處理方法不是很繁瑣，但是由于第一次測(cè)試正常，認(rèn)為D633比例閥不能同時(shí)發(fā)生故障，以及D633比例閥電源軟故障接地。導(dǎo)致處理故障時(shí)間很長(zhǎng)，造成生產(chǎn)不必要損失�？偨Y(jié)故障原因，在DCS畫(huà)面上沒(méi)有看到D633比例閥真正閥位反饋是導(dǎo)致處理故障走彎路一個(gè)重要原因。查看D633比例閥資料和閥體接線圖發(fā)現(xiàn)，該閥門(mén)有4~ 20 mA閥位反饋信號(hào)，如圖5比例閥接線所示。事后查看其他機(jī)臺(tái)壓榨部等設(shè)備，D633比例閥都沒(méi)有安裝比例閥閥位反饋信號(hào)。
4.1 D633比例閥閥位反饋測(cè)試
為了證明閥位反饋信號(hào)功能，根據(jù)圖5的D633比例閥接線，用24 V直流電源、+10 V/ -10 V信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表連接測(cè)試一下D633比例閥閥位反饋信號(hào)。連接測(cè)試如圖6所示。
通過(guò)圖6所示接線，得到結(jié)論是當(dāng)發(fā)生器輸出-10 V信號(hào)時(shí)，萬(wàn)用表測(cè)得信號(hào)是4 mA；當(dāng)發(fā)生器輸出0信號(hào)時(shí)，萬(wàn)用表測(cè)得信號(hào)是12 mA；當(dāng)發(fā)生器輸出+10 V信號(hào)時(shí)，萬(wàn)用表測(cè)得信號(hào)是20 mA。那么對(duì)應(yīng)的比例閥閥位反饋應(yīng)為4 mA是- 100%、12mA是0、20 mA是+100%。
4.2 閥位反饋測(cè)試應(yīng)用
通過(guò)3.1測(cè)試得出的結(jié)論，完全可以將閥位反饋信號(hào)（端子B和端子F）接線安裝在D633比例閥控制柜端子排上。當(dāng)發(fā)生類(lèi)似故障時(shí)可以到端子排用萬(wàn)用表測(cè)量，根據(jù)電流信號(hào)推斷出真正閥位反饋值。
如果DCS系統(tǒng)有空余AI通道，可以將閥位反饋信號(hào)做到相應(yīng)比例閥控制界面上，這樣可以實(shí)現(xiàn)閥位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障監(jiān)測(cè)。其閥位反饋編程邏輯如圖7所示。
5 D633比例閥應(yīng)用要求
根據(jù)D633系列MOOG閥技術(shù)參數(shù)要求，D633比例閥在使用中對(duì)液壓油的壓力、溫度、油質(zhì)清潔度有一定要求。
5.1工作壓力范圍
比例閥閥口P、A、B和T壓力≤350 bar (5000 psi)。（注1bar= 100 kPa）
5.2溫度范圍
溫度范圍包括環(huán)境溫度和油液溫度，分別是- 20~ 60℃（-4~140.F）和- 20~80CC(-4~170。F)。在實(shí)際應(yīng)用中，油溫保持在40℃工作狀態(tài)最好。
5.3油質(zhì)清潔度
液壓油流體清潔度顯著影響比例閥性能（閥芯位置精度、高分辨率等）和磨損情況（節(jié)流邊、壓力增益、泄漏等），所以油質(zhì)十分重要。根據(jù)液壓油清潔度標(biāo)準(zhǔn)，MOOG廠家推薦兩個(gè)清潔度等級(jí)，分別是一般使用和較長(zhǎng)壽命使用。
(1) -般使用等級(jí)：IOS 4406<15/12。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：大于6um顆粒數(shù)范圍在160~120個(gè)（1mL中的顆粒數(shù)）；大于14 um顆粒數(shù)范圍在20—40個(gè)（1 mL中的顆粒數(shù)）。
(2)較長(zhǎng)壽命使用等級(jí)：IOS 4406<14/11。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：大于6um顆粒數(shù)范圍在80~160（1mL中的顆粒數(shù)）；大于14 um顆粒數(shù)范圍在10~20（1mL中的顆粒數(shù)）。
牡丹江恒豐紙業(yè)有限責(zé)任公司采用歐洲生產(chǎn)的液壓油激光顆粒分析儀進(jìn)行檢測(cè)，它可檢測(cè)每100 mL液壓油中直徑為4、6、14、21、25、38、50、70 um雜質(zhì)顆粒。
6結(jié)語(yǔ)
上述D633系列伺服閥在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和故障處理過(guò)程是筆者在實(shí)際工作中總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)，在處理過(guò)程中也獲得一些體會(huì)，希望處理故障的方法和思路可以供同行借鑒。
