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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·液壓伺服閥·

液壓伺服閥故障分析及處理

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)

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MOOG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、二壓和雕印)以及施膠機(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。

1D633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0至±10 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。

圖1　10#紙機(jī)二壓工作原理

圖2　D633比例閥的結(jié)構(gòu)

圖3　D633比例閥功能

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。

圖4　比例閥控制柜

3故障分析及處理

圖5　D633比例閥接線

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線圈阻值很小(用萬(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)。

4.1D633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。

圖6　連接測(cè)試

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%、12 mA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。

圖7　閥位反饋編程邏輯

5D633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℉)和-20~80℃(-4~170℉)。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)一般使用等級(jí)：IOS 4406<15/12。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：大于6 μm顆粒數(shù)范圍在160～120個(gè)(1 mL中的顆粒數(shù))；大于14 μm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6 μm顆粒數(shù)范圍在80～160(1 mL中的顆粒數(shù))；大于14 μm顆粒數(shù)范圍在10～20(1 mL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 μm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。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任編輯：常青)

Fault Analysis of Hydraulic Servo Valve

YANG Guo-anLU Ping*

(MudanjiangHengfengPaperCo.,Ltd.,Mudanjiang,HeilongjiangProvince, 157013)

(*E-mail: mdj.lp@139.com)

Abstract：The hydraulic servo valve control principle of press, carving and surface sizing systems in PM10 of Mudanjiang Hengfeng Paper Co., Ltd. were introducted. The maintenance experience and fault processing method of MOOG servo valve D633 series were presented based on the practical application.

Key words：hydraulic; Servo valve; fault analysis

收稿日期：2015- 07-21(修改稿)

中圖分類號(hào)：TS737+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.02.009

作者簡(jiǎn)介：楊國(guó)安先生, 工程師；主要從事自動(dòng)化儀表系統(tǒng)維護(hù)以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作。