王宏斌

（庆安集团有限公司，陕西西安 710077）

某液压伺服作动系统进行空载试验时，在闭环、空载状态下，给产品双通道上电，输入0VDC 指令后,系统出现抖动现象，抖动持续约50ms 后停止。故障发生后，将油液温度由高温80±5℃降至常温20±5℃，然后进行空载试验：闭环状态下，输入0VDC 指令信号,电磁阀上电后，产品输出端出现启动抖动现象，监控产品传感器反馈电压在-0.13Vdc～+0.07Vdc（抖动幅值0.2V）之间抖动衰减，1 个抖动循环后停止，整个过程持续约50s。

1 液压伺服作动系统工作原理

液压伺服作动系统工作原理：辅助控制器发出指令信号后，PDU的主控电磁阀通电接通供压，制动器解除制动。同时PDU 的伺服阀根据指令信号，向液压马达提供液压功率。液压液压马达将液压功率转化为机械功率并经齿轮箱输出。各传动轴将PDU 输出的机械功率传递给GRA，GRA 在机械功率驱动下带工作。工作到位后，运动位置由PDU 上角位移传感器反馈给辅助控制器，形成闭环控制系统，可按指令信号停止在要求位置。其功能框图如图1 所示。

图1 液压伺服作动系统功能框图

PDU 液压驱动装置产品主要由液压马达、控制阀块、制动器、电液伺服阀、齿轮箱、角位移传感器组成，其工作原理为：辅助控制器发出指令信号后，PDU 的电磁阀通电接通供油，制动器解除制动。同时，PDU 的电液伺服阀根据指令信号，向液压马达提供液压功率，液压马达将液压功率转化为机械功率并经齿轮箱输出。产品运动过程中，PDU 上的角位移传感器将产品对应的偏转角度反馈给辅助控制器，形成闭环控制系统，可按指令信号停止在要求位置。电液伺服阀根据指令信号控制产品运转速度，在行程末端可靠运动至要求位置。

2 启动抖动因素分析

根据液压伺服作动系统及PDU 产品工作原理及抖动情况，分析认为导致抖动的因素包括：油液温度变化、产品惯量及负载、系统匹配裕度、供油压力冲击、伺服阀稳定性等。本次研究逐一进行分析、验证，具体如下：

2.1 油液温度变化的影响

通过在出现启动抖动的不同产品上进行常温和高温油液下测试对比，发现油液温度仅对启动抖动的量值有影响，但不是造成启动抖动的原因：在常温油液下出现启动抖动的产品，在高温油液下也会出现启动抖动。常温油液下测试，抖动幅值约0.1V～0.35V，抖动循环次数一般在0.5～2 次，抖动时间从4s～50s，在高温油液下测试，抖动幅值约0.2V～0.4V，抖动循环次数约2～27 次不等，抖动时间从4s～40s；详见表1。

表1 常温和高温油液（80±5℃）下抖动情况

从数据上看，大部分高温油液下抖动幅值和次数较常温油液下多，而持续时间较常温下短。

2.2 产品惯量及负载的影响

选取编号为001#的PDU 和编号为001#的系统进行测试。通过对PDU 单独空载测试与系统联试并带上舱门惯量以及增加外部载荷试验对比，发现带上惯量和载荷后，产品启动抖动的幅值增加了36%～136%，次数减少了50%～62.5%，时间增加了54%～85%，详细数据见表2。

表2 惯量及载荷影响数据

从数据上看，外部载荷以及传动轴、GRA、负载等惯量环节，会对抖动的幅值、次数和时间有影响，但不是引起抖动的直接因素。

2.3 系统匹配裕度的影响

对液压伺服作动系统进行仿真分析，得到系统的幅频曲线和相频曲线，如图2 所示。系统频带宽度约为2.35Hz（对应-3dB时），且频带宽度内成收敛曲线，说明系统稳定；同时从相频曲线上反映相位滞后约为28.4°（对应1Hz 时），说明系统跟随性好。

图2 液压伺服作动系统动态仿真

通过对产品仿真分析，发现产品频带宽度大，响应速度快，稳定性高，说明与系统匹配关系不大。

2.4 供油压力冲击的影响

选取编号为002#的PDU 的试验件进行测试，根据产品试验时，发现在电磁阀启动瞬间会在伺服阀的P 口产生压力冲击，峰值约28～30MPa。该现象每台产品均会出现，且峰值压力与额定压力相差的量值不大，属于正常现象。

另外，通过分别在28、25、20、15MPa 不同的进油压力下进行测试，发现整体上压力越小，启动抖动幅值、次数、时间趋势上减小，其中从28MPa～15MPa，启动抖动幅值平均减小了47%，次数平均减少了50%，时间平均减少了58%，数据见表3。从数据分析，压力越低，产品启动抖动幅值、次数和时间均有减少，但不会消除，排除压力冲击对产品启动抖动的影响。

表3 不同压力下抖动情况

2.5 伺服阀稳定性的影响

将出现启动抖动的产品配套的伺服阀，装配到其它产品上进行测试，发现仍出现启动抖动的现象，且幅值，循环次数，持续时间基本一致，数据见表4。

表4 配装不同基体对抖动的影响

通过更换未出现启动抖动的产品配套的电液伺服阀，该现象可消除。说明产品启动抖动问题主要与伺服阀有关。

为了进一步分析伺服阀的参数对系统抖动的影响，对近43 台伺服阀数据进行统计，发现：高温启动抖动主要与伺服阀的滑阀间隙和内漏有一定的相关性，伺服阀其它性能指标未发现有明显关系。

根据表5 统计，得到以下结论：

表5 伺服阀数据统计

结论1：滑阀间隙越大，合格率越高，间隙接近4μm 的阀，合格率达到89%。

表2 中滑阀间隙在2μm～2.5μm的阀共4 台，合格率50%；滑阀间隙在3μm～3.5μm 的阀共12 台，合格率50%；滑阀间隙在4μm 的阀共27 台，合格率89%。

结论2：内漏量值大于0.81L/min 时，伺服阀的合格率较高，不合格伺服阀也能排除60%。

结论3：滑阀间隙为4μm，内漏量＞0.81L/min，合格率将达到100%。

从表5 中筛选出滑阀间隙为4μm 的25 台伺服阀，其中内漏量值＞0.81L/min 的伺服阀在随产品测试过程中均未出现高温启动抖动现象。

对3 台出现启动抖动的伺服阀，选取1801063001G 的这台伺服阀分解检查，发现滑阀间隙有所减小，为3μm；在其它参数不变的前提下，通过将该台阀的滑阀间隙返修至6μm 后重新配套产品测试，未再出现启动抖动现象，进一步说明滑阀间隙对启动抖动的直接影响。

为进一步验证滑阀间隙与产品启动抖动的关系，选取一台高温油液下启动抖动的产品配套的伺服阀（1707063035G），将滑阀间隙进行增大后随产品重新进行高温油液下启动抖动检查，发现故障现象消除。同时选取两台试验件，将滑阀间隙调整至6μm，随产品进行高温启动抖动检查，测试结果正常，未出现启动抖动现象。对采取上述措施的20 台伺服阀进行统计，控制滑阀间隙上限4μm，内漏＞0.81L/min 的伺服阀，合格率达到100%。

3 结论

根据仿真及试验数据分析可知：

3.1 伺服阀滑阀间隙和内漏是造成产品启动抖动的主要因素，通过控制伺服阀滑阀间隙和内漏，可有有效解决液压伺服作动系统启动时抖动问题。

3.2 油液温度变化和产品惯量及负载不是引起启动抖动的直接因素，但会对抖动的幅值、次数和时间有影响。

3.3 系统匹配裕度、供油压力冲击与启动抖动无关。