铜板带轧机中电液压伺服阀

陈学仁 杨洋|文

本文通过对铜板带轧机中常用的双喷嘴挡板伺服阀的结构及工作原理的分析，针对用户在使用和维护过程中产生的误区进行分析，对使用和维护提出合理建议。

液压伺服系统在工业自动化系统中应用越来越广，高精尖设备对控制精度要求越来越高，对系统的可靠性及寿命，也提出了更高的要求。伺服阀是液压伺服系统中的重要组成部分，伺服阀的性能优劣直接影响到系统的最终性能。

用户对伺服阀的使用存在误区，对伺服阀的使用环境、伺服系统的液压油的清洁度、伺服阀的内泄等关注不够，会造成在使用和维护过程中出现问题。

伺服阀的工作原理

伺服阀的结构有很多种，我们以铜板带轧机厚控液压伺服系统中常用的双喷嘴挡板型伺服阀为例，谈一下伺服阀的工作原理。

当线圈输入电流为零时，在磁场的作用下，衔铁在平衡的磁通作用下处于平衡状态，伺服阀不输出流量。

当线圈输入电流不为零时，则产生控制磁通，不平衡的控制磁通使衔铁产生偏转力矩，衔铁偏转使挡板偏转，带动反馈弹簧偏转，挡板偏转使挡板与左右两喷嘴间的距离产生变化，引起控制压力变化，阀芯在左右控制压力差的作用下，向压力小一侧移动，阀芯移动又带动反馈弹簧向偏转相反的方向移动，使挡板有回复中间位移动的趋势，阀芯在左右压力差的作用力和反馈弹簧作用下，处于某个平衡状态，伺服阀的开口度与控制电流大小成正比，伺服阀输出一定流量液压油。

使用和维护时的理解误区

1.误解：认为阀的额定压力就是伺服油缸的工作压力。

多数电液伺服阀从本质上讲，就是比例方向节流阀。液压油流经阀口时，会产生压降，伺服阀每经过一组油口，压力降为3.5MPa，四通的电液伺服阀，两组油口总压降为7MPa。绝大多数伺服阀标定的空载流量是在压降为7MPa时的流量。

液压伺服系统设计时，一般考虑效率，由最佳效率原则选取，负载压力按下式选取：

η=(P L×S Q R T(PS-PL))/(PS×S Q R T(PS))

式中：

η—效率

PL—工作负载

PS—系统供油压力

效率最高时：Δη/ΔPL=0

即PL=2Ps/3时，效率最高。

2.误解：认为阀的额定流量就是伺服油缸的工作流量。

板带轧机中，将四通的电液伺服阀当做三通阀使用，只是一个组油口起作用，阀的总压降只是3.5MPa，根据下式：

QS=QE×SQRT(PE/PS)=1.414×QE

式中：

QS—伺服阀实际可达到的最大流量

QE—伺服阀额定空载流量（压降7MPa）

PE—伺服阀额定空载时的压降，PE=7MPa

PS—实际使用中的阀口通道的压降，PS=3.5MPa

从上式可看出，这种使用方式时，伺服阀的实际最大通油能力为其额定空载流量的1.414倍。

3.误解：认为选用的伺服阀的频率越高，系统的响应频率也越高。

一般设计，伺服阀的响应频率都很高，但油缸的固有频率、阻尼、控制程序以及位移传感器、压力传感器等检测元件的性能，都对系统的最终响应频率产生影响，其中响应频率最低的环节将决定系统最终响应频率。

4.误解：认为液压油的清洁度对电液伺服阀的影响不大。

从以下几个方面说明。

伺服系统对液压油的清洁度要求很高。表1是典型液压元件要求达到的油液污染等级。

液压系统液压油的目标清洁度和元件寿命延长系数关系见表2，可看出，油品清洁度等级在现有系统清洁度基础上提升的越多，元件使用寿命延长系数越高。

影响伺服阀分辨率的主要因素是阀的静摩擦力和游隙。油脏时滑阀中的摩擦力增大，分辨率下降，同时伺服阀的游隙会显著增加，引起伺服阀的滞环增加，可能引起系统的不稳定。

电液伺服阀的最大位移有下列经验值见表3。

板带轧机在正常工作时，电液伺服阀基本在零位附近工作，阀的开口很小，系统流量输出不稳定，分辨率下降。

阀芯与阀套的径向间隙一般为（0.005～0.015）mm，与径向间隙接近的固体颗粒，一旦进入阀芯与阀套间隙，就会显著增加阀芯与阀套之间的摩擦力，致使阀响应频率下降，同时加速阀芯、阀套的阀口锐边磨损。

铜板带轧机中常用的双喷嘴挡板伺服阀，液压放大器为喷嘴挡板阀，内部固定节流孔及喷嘴挡板可变节流孔均很小，如液压油清洁度不高，极容易出现堵塞现象，一旦堵塞，阀便不能正常工作，甚至造成重大事故。

5.误解：认为电液伺服阀不存在内泄

板带轧机中常使用的双喷嘴挡板力反馈电液伺服阀、射流管伺服阀等，具有响应频率高，无死区等特点。因此阀芯与阀套间隙较大，阀芯与阀套的油口采用零遮盖，这些措施，提高了响应频率，但也增大了阀的内泄；使用时间比较长的阀，阀芯、阀套锐边在高速液压油长期的冲刷下出现较大圆角，其内泄会显著增加。

一般新的电液伺服阀（零开口型）零位时滑阀的实际内泄量按下式计算：

Qx=π×ω×e2×Ps/(32×μ)

式中：

ω—滑阀的面积梯度，ω=π×d，mm

d—滑阀阀芯直径，mm

e—阀芯与阀套径向间隙，mm

Ps—供油压力，Pa

μ—液压油的动力黏度，Pa×S

双喷嘴挡板阀，还存在喷嘴挡板级的静耗流量，同样射流管阀也存在先导级的静耗流量。

6.接地电阻和干扰对液压伺服系统的影响

表1 液压元件要求达到的油液污染等级

表2 液压系统压油目标清洁度及寿命延长系数

表3 电液伺服阀最大位移值

液压伺服系统，对接地电阻要求很高，一般要求1Ω以下，很多用户并不是很重视这一点。

铜板带轧机的要求比较高，所选的伺服阀一般偏向于零开口、响应频率高、分辨率电流小、压力增益高的伺服阀，以FF102为例，额定电阻/额定电流：50Ω/40mA，分辨率：≤1%。如果接地电阻比较高，在外强电等磁场的干扰下，在传输线路产生感应电流，一旦达到或超过阀的最小分辨率电流，就可能引起伺服阀的误动作，板带带材公差的尖峰跳动。

7.环境对伺服阀的影响

环境湿度和温度对电液伺服阀的其性能都会产生一些作用。伺服阀线圈额定电阻有10%的偏差，基本不会对伺服阀造成影响，但阀线圈受潮，电阻变化比较大，就会伺服阀的性能造成比较大影响，甚至使伺服阀无法工作。

电液伺服阀的使用和维护建议

必须保证油品清洁度在7级以上；必须保证伺服阀的防潮措施到位；伺服系统的通讯线，必须和强电线路分开，并做好屏蔽；伺服系统的接点电阻保证在1Ω以内；停机时，压下系统的压力油必须释放掉，以防因伺服阀内泄造成事故；轧制工艺设定时，保证最大轧制在设计范围内；保证伺服阀入口压力稳定。