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1、第7章 比例阀维修技术 这一章结合实例介绍各类比例阀使用、维护、检查、调整、修理、技术改进等理论与方法。7.1 比例阀使用维修要点7。1。1 比例阀的选用 比例阀选用应注意以下事项：根据用途和被控对象选择比例阀的类型；正确了解比例阀的动、静态指标，主要有额定输出流量、起始电流、滞环、重复精度、额定压力损失、温飘、响应特性、频率特性等;根据执行器的工作精度要求选择比例阀的精度，内含反馈闭环阀的稳态性、动态品质好。如果比例阀的固有特性如滞环、非线性等无法使被控系统达到理想的效果时，可以使用软件程序改善系统的性能；比例阀的通径应按执行器在最高速度时通过的流量来确定,通径选得过大，会使系统的分辨率降低
2、；对于直动式电液比例节流阀，由于作用在阀芯上的液动力与通过阀口的流量及流速（压力）成正比,因此，当电液比例节流阀的工况超出其压降与流量的乘积即功率表示的面积范围(称功率域或工作极限）时图71（a)所示，作用在阀芯上的液动力可增大到与电磁力相当的程度，使阀芯不可控。类似地，对于直动式电液比例方向阀也有功率域问题。当电液比例方向阀的阀口上的压降增加时,流过阀口的流量增加，与比例电磁铁的电磁力作用方向相反的液动力也相应增加.当阀口的开度及压降达到一定值后,随着阀口压降的增加,液动力的影响将超过电磁力，从而造成阀口的开度减小，最终使得阀口的流量不但没有增加反而减少，最后稳定在一定的数值上,此即为电液比
3、例方向阀的功率域的概念参见图7-1(b）。综上所述，在选择比例节流阀或比例方向阀时，一定要注意，不能超过电液比例节流阀或比例方向阀的功率域。 (a）比例节流阀 (b）比例方向阀 图71 电液比例阀的功率域（工作极限)7。1.2 污染控制 比例阀对油液的污染度通常要求为NASl638的7-9级（ISO的1613,1714，1815级)，决定这一指标的主要环节是先导级。虽然电液比例阀较伺服阀的抗污染能力强,但也不能因此对油液污染掉以轻心，因为电液比例控制系统的很多故障也是由油液污染所引起的。如果选择带先导阀的比例阀，要注意先导阀对油液污染度的要求，要在油路上加装过滤精度为10m以下的进油过滤器。7
4、.1。3 比例阀与放大器的配套及安置 比例阀与放大器必须配套.通常比例放大器能随比例阀配套供应，放大器一般有深度电流负反馈，并在信号电流中叠加着颤振电流。放大器设计成断电时或差动变压器断线时使阀芯处于原始位置或使系统压力最低，以保证安全。放大器中有时设置斜坡信号发生器，以便控制升压、降压时间或运动加速度或减速度.驱动比例方向阀的放大器往往还有函数发生器以便补偿比较大的死区特性。 比例阀与比例放大器安置距离可达60m,信号源与放大器的距离可以是任意的。7.1。4 控制加速度和减速度的传统方法 控制加速度和减速度的传统方法有:换向阀切换时间迟延、液压缸缸内端位缓冲、电子控制流量阀和变量泵等。用比例
5、方向阀和斜坡信号发生器可以提供很好的解决方案，这样就可以提高机器的循环速度并防止惯性冲击。7.1.5 常见失效分析 对于一般的电液比例阀，阀的主体结构组成及特点与传统液压阀相差无几,因此这部分的常见故障及诊断排除方法可以参看前述控制阀故障诊断与排除。而其电气机械转换器部分的常见故障及诊断排除方法可以参看产品说明书。在液压比例系统中,油液污染对比例阀造成的危害性越来越受到重视。比例阀属于阀类元件,其阀芯、阀座的失效模式有冲蚀失效、淤积失效、卡阻失效、腐蚀失效。1 冲蚀失效冲蚀失效是由比阀芯或阀套的表面更硬的颗粒冲蚀阀芯的节流棱边引起的。如图7-2，在阀芯开口较小时，液压油中的硬质颗粒冲刷阀芯和阀
6、套的棱边，其作用类似切削加工，当阀芯或阀套的节流棱边被损坏，成为类似钝角时,就会降低阀的压力增益,增加零位泄漏，导致控制功能失效。图72 硬质颗粒冲刷阀芯和阀套的棱边2 淤积失效比例阀阀芯与阀套的配合间隙为2-6m。当阀芯静止并处于受压力控制时，污染物中与半径间隙尺寸接近的颗粒就有可能随着油液的流动淤积在阀芯与阀套之间.随着污染物的聚积，阀芯与阀套间的滑动摩擦和静摩擦力逐渐加大,使阀的响应变慢，当污染物聚积严重时，阀芯可能会无法动作。3 卡阻失效卡阻失效与阀芯、阀套的配合特性有直接关系，阀在工作一段时期后，由于阀芯并不是始终工作在全行程工况,阀芯、阀套出现不均匀的磨损,它们的配合间隙存在差异，
7、阀体在工作时，受液动力的作用，产生侧向载荷,造成阀芯与阀套的卡紧，使阀芯在阀套中的滑动不平稳。严重时，阀芯会卡阻在阀套内。4 腐蚀失效阀芯阀套往往还由于受液压油中的水和其他含氯离子的溶剂腐蚀而失效。污染严重时，由于系统中氯化溶剂的存在,阀的节流棱边几小时内就会因腐蚀而失效。7.2 比例压力阀的维修7。2.1 用三合一测试仪检测液压挖掘机主泵比例阀挖掘机电液比例阀对先导油进行减压后输出二次油压，调节主泵伺服活塞的作用力，从而改变主泵的流量。主泵比例阀是挖掘机的一个重要元件。当比例阀的输入电流过大或过小时,或者比例阀磨损或卡滞时，都可能引起挖掘机动作迟缓,或发动机失速甚至熄火等现象.利用三合一电子
8、电气测试仪，可能很方便地检测和诊断比例阀的故障。1 检测方法比例阀在出厂前已经过严格的质量检验,包括静态特性测试（输入电流一压力特性试验、内泄漏试验、负载特性试验)和动态特性测试(频率响应试验、瞬间响应试验）。现场作故障诊断时则是在机上做在线检测，包括比例阀电磁线圈电阻的测定、输入电流的测试及输出的二次油压的测试.(1）电磁线圈电阻的测定关闭点火开关，脱开主泵比例阀与泵控制器输出接口之间的插头CN(见图7-3），测定两线之间的电阻值和地线与机体之间的电阻值,从而判断比例阀电磁线圈有无短路、断路或搭铁。 图7-3 测定比例阀电阻 图74 用万用表测定比例阀电流（2）比例阀输入电流的测定断开比例阀
9、的一根导线，串入万用电表，按不同机型各自的测试条件测定输入电流,如图图74所示。用直流钳形表进行测试时相当简便，无须拔开插头CN,也不须断开导线（见图75）.在不同的动力模式或不同的发动机转速下，根据泵控制器输出至比例阀的直流电流信号的正确与否，就能判断出比例阀之前的电子控制部分是否有故障。 图7-5 用钳型表测定比例阀电流 图7-6 检测比例阀二次油压(3)比例阀输出压力的测试如图7-6所示，在二次油压的测点上接好量程为6 MPa的压力表，对不同机型按各自的测试条件检查比例阀输出的压力,如果压力不正确，可进行调节。对于不可调的比例阀，在确认输入的先导油压与比例阀的电流正常之后,应拆检阀芯进行
10、清洗或更换该比例阀。 3检测实例(1）刹勃海尔挖掘机比例阀的测试以R984型挖掘机的主泵调试为例比例阀检测参数的标准值见表71。表71 利勃海尔挖掘机比例阀测试结果（2)卡特彼勒挖掘机比例阀的测试以CAT320B型挖掘机为例，在进行EPR比例阀的扫描测试时，须通过监控板输入密码，进入维修模式，油门旋钮位于“10”处,操作手柄全置中位；在EPR比例阀输出端(二次油压ps测点）接入量程为6 MPa的压力表，将钳形电流表套入EPR阀导线；发动机熄火,但启动开关接通。在20 s扫描周期内，当电流由200mA增到1750mA时,若二次油压由490kPa提高到3 450 kPa，即EPR阀正常。 (3)神
11、钢挖掘机比例阀的测试以SK-6系列挖掘机的主泵用比例阀为例，其上的线圈电阻值应为17.51，输入电流与二次油压检测参数的标准值见表72.表72 神钢挖掘机比例阀测试结果 （4)小松挖掘机比例阀的测试以小松PC200一6型和PC2206型挖掘机为例，若线圈的电阻为714，地线与机体之间的电阻在1M以上，为正常。启动开关通电，发动机置于最大油门位置，操作手柄中立，若输入电流在（32080)mA，即为正常.(5)大宇挖掘机比例阀的测试以大宇DH220IJC一型挖掘机为例，比例阀检测参数的标准值见表7-3.表73 大宇挖掘机比例阀测试结果(6)现代挖掘机比例阀的测试以现代R2903型挖掘机为例,进行比
12、例阀测试时，启动发动机后,在规定的动力模式与发动机的转速下操作铲斗控制手柄，铲斗回路在溢流位置时的输入电流和对应的二次油压检测参数的标准值见表7-4。表74 现代挖掘机比例阀测试结果7.2。2 比例阀异常振动的分析与解决液压系统振动产生的原因比较复杂,其造成的危害却很严重,如：压力或流量脉动等产生的振动，可能使系统无法正常工作,降低元件的使用寿命。本例对两台数控折弯机（63t和100t）在调试中出现的噪声与振颤异常现象进行诊断.63t和100t数控折弯机工作时有液压噪声和机床振颤，由于油箱、液压元件等都复合在机床床身上部，机床振颤与液压噪声较难分辨。在对这两台设备进行初步检查时，发现100t的
13、主要问题是：1）油箱盖板未正常密封，油液已乳化变质;2）泵吸油过滤器和油箱液面基本持平.63t的泵吸油口和液压缸上端补油阀块有漏油现象.于是，清洗了100 t的油箱、吸油过滤器滤芯,更换了液压油,并使加注新油后的液面至吸油过滤器以上。同时解决了63 t的漏油现象。开机工作时，发现低压保压工作时，噪声和振颤较轻；高压保压工作时，噪声和振颤就很严重。由此判断异常与压力有关,屏蔽电磁比例溢流阀后，单独用安全阀做系统压力调节阀，从低压到高压系统工作正常。据此推断，电磁比例溢流阀存在故障。检查电器控制没有异常，更换几个新阀芯及阀座后，问题依旧。将有问题的比例阀阀芯、阀座整体换装于其他可正常工作的设备上，
14、能正常工作.由此发现：问题仅仅伴随着机床,与比例阀迁移无关。据此推断比例阀与机床可能存在不能很好匹配的现象。分析比例阀座里的两个节流阻尼孔可能不匹配，再次检查并调整比例阀座上的两个节流阻尼孔(从0.5mm到1.0mm)，效果并不明显，但仍然判断此处是问题的关键所在.推测比例阀工作时可能发生了共振现象。根据机械控制系统原理，共振的数学模型函数应是典型的振荡环节，其传递函数如下：G(s)= V(s)q（s）=K(12n）s2+(2n ）s+1式中n-无阻尼自然频率；- 阻尼比。由传递函数可知，越小越易产生振荡。1为欠阻尼振荡,其特征为响应快,但在达到稳定值前有振荡产生，即存在超调量。一般=0.7较
15、理想，可提供最迅速且基本无超调的响应。1时，则为过阻尼，其响应缓慢，滞后很大。无阻尼自然频率n和阻尼比是振荡环节的主要参数，其瞬态响应决定于这两个参数。最后，决定改变阻尼比如图77所示，在件14与比例阀之间的工艺孔内加入圆柱销，改变了腔内的容积和油液的通流截面积，振颤与噪声显著下降，仔细配做圆柱销与阻尼孔间隙后，完全消除了振颤与噪声。电磁比例溢流阀是用输入信号来调整控制液压系统的，可实现快速、稳定、精确控制。本例中属于开环控制系统(见图7-8)，因含有电子功率放大装置，液压源轻微的扰动都会引起输出压力或流量的很大波动。本例说明液压系统中的振荡环节在比例控制中影响,在现代液压控制中是不能忽视的重要环节.图7-7 改进措施图78 开环控制系统7.2。3 数控液压板料折弯机故障分析与处理某WE67K-632500型数控液压板料折弯
