液压电磁阀故障机理分析与瞬态特性仿真

　　1 引 言

　　液压电磁阀是借助电磁铁通电时产生的推力使阀芯在阀体内作相对运动实现换向的液压阀，其工作性能的优劣直接影响装备的工作与安全。现有的电磁阀检测技术通常采用离线方式，将待测电磁阀安装接入到专用测试系统中进行检测，无法对运行中的电磁阀的工作状态进行实时在线监测和诊断^[1]; 有的在线监测方法需要对电磁阀的控制电路或油路进行分解，再装入测试设备进行测量，这些方法需要分解原有电路或油路，改变了设备的工作状态，增加了安全隐患^[2]; 有的监测方法仅靠定性的感官诊断，无法实现对电磁阀状态的准确检测^[3]。本文提出了一种基于磁场和振动敏感的电磁阀非介入式测试诊断技术^[4]，能够实现对液压系统大量电磁阀的工作状态进行实时准确的监测诊断，其可靠性依赖于所建立的电磁阀仿真模型的准确性。

　　以电磁换向阀为例，其阀芯运动的驱动力来自于电磁线圈通电产生的电磁力，电磁铁本身或电气回路故障都有可能影响电磁力大小。此外，油液中的杂质有可能堵塞阀口或阻碍阀芯运动; 同样，内泄漏、弹簧失效都可能引起阀芯卡滞，而电磁阀内部磨损也有可能导致其工作不正常。本文以4WE6E6X/EG24N9K4 型电磁换向阀为例，对液压电磁阀几种常见故障的机理、电磁阀换向过程中的受力情况和电磁阀的瞬态特性进行了深入分析。

　　2 电磁阀常见故障及可测性分析

　　2. 1 电磁阀的常见故障

　　电磁阀在使用过程中常见的故障现象主要有以下几种^[5]:

　　1) 阀芯不运动: 导致阀芯不运动的原因主要有电磁铁故障、阀芯卡紧、油液变化和复位弹簧故障等;

　　2) 泄漏: 主要包括内漏和外漏;

　　3) 压力损失大: 主要是由于实际流量过大、阀芯台肩或阀体沉割槽尺寸误差以及阀芯移不到位等原因导致的;

　　4) 漏磁: 电磁线圈表面有缺陷，从而导致穿过线圈的磁通量发生变化;

　　5) 冲击和振动: 阀芯运动速度过大或固定电磁阀的螺钉松动，导致冲击和振动。

　　2. 2 各类故障的可测性分析

　　如前所述，本文的研究目标是为基于磁场和振动敏感的电磁阀非介入式测试诊断技术提供理论支持，下面针对各类常见故障与振动、磁场2 类特征信号进行可测性分析，如表1 所示。

　　根据对故障的可测性和相关理论分析得知，电磁线圈在通、断电过程中，其周围的磁场强度将发生明显的变化。而电磁阀阀芯在电磁力的作用下进行换位时将产生较大的振动，该振动信号能够传递到阀体表面而被感测。故可以通过测得左、右两端磁信号的变化判断出电磁阀左、右2 个电磁铁的通电状态，通过测得阀体的振动特征判断阀芯的移动状态。对测得的数据进行量化，通过磁场信号和阀体表面振动信号变化的差异，就可以提取电磁阀不同状态下的故障特征，进而对故障进行辨识。