设计上的特性，增加了液压伺服阀的使用寿命

译文：腾益登

分析液压伺服阀的性能以及寿命的原因。实践证明，伺服阀反馈机构的设计是延长使用寿命的关键。

液压伺服阀可以运行长达25年。但是，为什么即使在苛刻的应用（例如炼钢和工业生产机械）中，它们也能发挥如此长的作用呢？

液压伺服阀是闭环控制系统的一部分，该闭环控制系统包括机电机构和嵌入式软件算法。设计，构造材料，制造过程可确保其在预期使用寿命内保持一致的性能。

十多年前，穆格（Moog）推出了带有硬质合金球的液压伺服阀，以取代数十年来使用的传统钢材料。尽管大多数制造商将长寿命定义为数百万个循环，但是Moog的工程师最近提供了更高的标准：十亿个循环以上。

伺服阀长寿命的三个关键

液压伺服阀内的三个关键设计方面可延长使用寿命，减少停机时间，并提供可靠的性能。这些包括：

· 反馈机构上的硬质合金球，

· 阀芯上孔的设计，

· 以及钎焊将球粘结到反馈杆上。

经过十亿次测试，不锈钢球呈现出明显的磨损（左），而硬质合金（中心）和蓝宝石则无。硬质合金还具有使反馈杆能够通过钎焊过程粘结的优点。这在工业环境中提供了更高的可靠性。

硬质合金球的构造

尽管多年来使用精密机械加工工艺，但穆格（Moog）的伺服阀设计人员发现，反馈机构中球的过早磨损降低了伺服阀的性能。大多数早期的设计在反馈机构上装有一个不锈钢球，随着时间的流逝，它会磨损。自1990年代以来，已采用硬质合金和蓝宝石材料代替不锈钢，并为球提供了更多的保护。

Moog G761系列伺服阀剖视图，显示了球孔设计

尽管蓝宝石比硬质合金更昂贵，但不一定提供更高的性能。实际上，穆格（Moog）的工程师已经通过在清洁的液压油和温度保持稳定的受控环境中对每个钢球进行了十亿次测试循环，来评估钢，硬质合金和蓝宝石制成的球的磨损特性。尽管不锈钢球显示出明显的磨损，但结果证实硬质合金球和蓝宝石球没有任何磨损迹象。除了可以与蓝宝石媲美且价格较低之外，硬质合金材料还可以通过钎焊结合到反馈机构上。对于成本控制而言，硬质合金是球设计的明确选择。

球孔设计

球槽设计是40多年来的行业标准，但是Moog工程师于1998年开发了一种硬质合金球孔设计，以提高其伺服阀的使用寿命和可靠性。这种设计减少了球与阀芯在表面上任何位置的集中接触，这一过程通过消除阀芯的磨损，从根本上提高了伺服阀的整体预期寿命。

工程师发现，在受控环境中进行十亿次循环后，球槽设计在阀芯槽孔中显示出明显的磨损痕迹，而球孔设计则没有磨损迹象。 实际上，当预期寿命应为10亿次循环时，球槽设计的故障可能会在短短的1亿次循环中发生。

另外，进一步的研究得出结论，粘着磨损（即，阀芯的慢速旋转在1到4 rpm之间）对球槽的设计造成最大的损害，但对球孔设计的影响最小。

如今，由于其卓越的性能和在工业应用中的延长使用寿命，许多机械反馈伺服阀已被转换为球孔技术。

球槽与球孔设计的阀芯球头磨损分布。钎焊提供更高的可靠性

钎焊是一种专门的钎焊工艺，它在高于450 ^oF（232 ^oC）的温度下将硬质合金球和不锈钢丝连接起来。它涉及将填充金属加热到熔点以上，并通过毛细作用将其分布在两个或多个紧密配合的零件之间，以将各个零件连接在一起。 这种关键的制造过程只有使用硬质合金（而非蓝宝石）才有可能，并且对于使球能够承受高温和液压油中化学物质的劣化至关重要。

工程师在连接反馈机构的球和杆时，经常使用环氧树脂作为钎焊替代品。将蓝宝石连接到不锈钢杆时通常使用此方法，因为蓝宝石不能被钎焊。不幸的是，伺服阀的应用还存在其他因素，这些因素会导致环氧/蓝宝石技术出现意外故障。实际上，测试表明，即使是在0 ^oF（-17.7 ^o C）至160 ^o F（71  ^o C）的正常工作温度下，用于将反馈机构与蓝宝石球型机构的球和杆连接起来的环氧树脂也可能会分解。

确保长久可靠的使用寿命

在反馈机构上的球选择硬质合金材料，并在阀芯上采用球槽设计，以及将硬质合金球粘结到反馈杆上进行钎焊的集成对于确保伺服阀具有长而可靠的寿命至关重要。

当设计工程师考虑用于机器的组件时，他们应该使伺服阀的结构更加仔细。最新的测试表明，硬质合金与蓝宝石一样耐用。研究还表明，制造商可以通过钎焊工艺将硬质合金粘结到反馈机构的连接杆上。当然，钎焊使组件能够承受液压油和高温。球孔设计消除了阀芯的磨损，从而延长了伺服阀的使用寿命。检查伺服阀设计的细节并进行有根据的选择可以最大程度地延长应用正常运行时间，并为您的企业带来收益。这是工程师选择寿命更长的伺服阀所需要的反馈。