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气动电磁换向阀恒定应力加速寿命试验 《液气压世界》2010年第5期　北京航空航天大学自动化学院、航天集团万峰无线电厂　刘棣斐、唐志勇、裴忠才、彭军　阅读次数：26 关键词：电磁换向阀；加速寿命试验；故障机理；加速模型 气动电磁阀在气动系统中有着广泛的应用，其工作性能的优劣直接影响着整个气动回路的品质。对电磁阀的使用寿命进行评估能够为提高气动系统的可靠性提供保障，有着重要的意义。然而，正常的寿命试验需要花费大量的时间和成本，才能得到被测产品在正常使用条件下的使用寿命。这很有可能拖延产品的研发或者推广，更有甚者，当产品面临市场淘汰的时候还没有得到有效的使用寿命数据。因此采用加速寿命试验来缩短试验时间和降低试验成本将成为一种极为有效的手段。 加速寿命试验的定义是在进行合理工程及统计假设的基础上，利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的信息进行转换，得到产品在额定应力水平下的特征可复现的数值估计的一种试验方法。简而言之，加速寿命的思想是采用高出正常使用应力水平的加速寿命试验，其前提是在高应力水平下发生故障的机理不能发生变化，然后通过相应的加速模型和统计模型对试验数据进行分析，从而计算得到被测产品的各项寿命指标。 1电磁阀故障机理分析 1．1电磁阀FTA与故障模式 实验采用电磁阀为某公司s系列直动式电磁阀，其结构原理图如图1所示。电磁阀线圈未通电时，P·B导通，A-R1导通；电磁阀线圈通电时P-A导通，A．R2导通。 ???????????????????????????????????????????????? 图1电磁阀结构图 结合s系列电磁阀的结构，应用故障树分析（FailureTreeAnalysis，FTA）方法进行分析。将电磁阀失效作为顶事件，把换向动铁芯不动作或动作时间过长、换向动铁芯不能复位、线圈过热或者烧损、泄漏4项作为失效判据，作为故障树的第二级中间事件；然后再把每个第二级中间事件按逻辑失效的因果关系，再分析到第三级，直到最后的底事件。从而可得电磁阀的故障树图2。 图2S系列电磁阀故障树 从s系列电磁阀的故障树可以看出，电磁阀故障既包含电气故障也包含机械故障，电气故障是偶然性故障，探讨其故障发展规律困难；而机械故障一般是渐进性故障，可以通过故障物理或故障化学获得其故障发展规律。同时，考虑到实际使用中以电气故障作为电磁阀的失效标准将有可能导致电磁阀在机械部件完好的情况下被判定失效，从而造成成本的上升和资源的浪费。因此，作者将着重关注电磁阀的机械故障。 在故障树的基础上，结合电磁阀FMEA（Failure Modeand Effects Analysis）分析可以看出，其常见的机械故障主要发生在换向阀芯，主要的模式有疲劳、老化和磨损。对于电磁阀换向滑阀，阀芯的密封圈位置不良或者阀杆位置不良都有可能导致某点摩擦力增大，从而造成磨损；异物进入也可能导致严重的摩擦；润滑液稀释或者干涩都可能加大摩擦力从而导致磨损。而对于密封圈，随着使用环境的变化以及工作介质品质的变化都有可能导致橡胶原料老化。疲劳主要发生在用于复位滑阀的弹簧处，对弹簧施加交变应力同时工作环境的变化都会导致弹簧疲劳而弹性不足或者变形。 1.2故障机理与敏感应力 针对此系列气动电磁阀加速寿命试验的相关数据并不充分，因此不能明确指出试验条件下电磁阀的主要故障机理，下面将针对前面3种可能的情况进行分析。 （1）磨损故障机理与敏感应力分析 磨损产生的一个直接原因是阀芯和活塞连续的往复运动，和其作动路径有很大关系，那么在相同时间内，其作动频率越大，意味着磨损就越加严重，可见作动频率是一个相关应力。此外，磨损的产生也是由摩擦力所导致的，而摩擦力的大小与摩擦因数和接触面的压力有直接的关系，在此电磁阀中摩擦因数和润滑程度有关，接触面压力和密封件与工作面的接触程度有关。润滑效果不佳显然能够增大摩擦；密封件和工作面接触过紧同样增大摩擦。在高温条件下，润滑剂稀释导致摩擦因数增大，密封件自身在高温下也有可能软化，造成黏性摩擦，进一步增大摩擦因数；或者密封件膨胀，导致接触面压力增加，最终都可能导致磨损加剧。由此可见温度是磨损产生的一个重要应力。 综上可以看出磨损的敏感应力主要有温度和工作频率。 （2）疲劳故障机理与敏感应力分析弹簧属于机械部件，在电磁阀的换向过程中不停地处于压缩——弹出状态的转换中，这样逐渐造成机械疲劳，最终使性能下降甚至断裂。疲劳断裂是弹簧的一种常见失效模式，产生这种失效原因可能有：选材和设计不当、制造加工精度低、材料性能差、工作条件恶劣（应力过重、工作频率过高）。分析这些原因发现，前三者都不是使用问题，只有最后的工作条件对弹簧