2024年8月26日发(作者：窦晨菲)
２０１５年４月 物 探 装 备 第２５卷第２期
Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨
黄英辉
（东方地球物理公司装备服务处震源服务中心，新疆库尔勒８４１０００）
摘 要
黄英辉．Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨．物探装备，２０１５，２５（２）：１０６—１１０
Ｍｏｏｇ７６０先导阀是可控震源Ｋｚ一２８的一个关键控制元件，但在震源运行过程中发现Ｍｏｏｇ７６０先导阀存在自
激振荡现象。本文介绍了Ｍｏｏｇ７６０先导阀的结构原理及位置闭环控制系统，对Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象进
行了理论分析，总结了导致这一故障的相关因素，并提出了相应的改进措施。
关键词 可控震源 Ｍｏｏｇ７６０先导阀 自激振荡 理论分析 改进措施
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｈｕａｎｇ Ｙｉｎｇｈｕｉ．ＴｈｅＴｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ．ＥＧＰ，２０１５，２５（２）：１０６－１１０
Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ｉｎ ＫＺ２８ ｖｉｂｒａｔｏｒ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｏｒ，ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ
Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｍｏｏｇ７６０
ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｖｉｂｒａｔｏｒ，Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ，ｓｅｌｆ ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
在可控震源ＫＺ一２８的振动测试中，发现其振
值地面力出现不规则的波动，同时振动在８ Ｓ后延续
动异常，表现为：可控震源振动超出了设定的振动时
一
段时间才停止。
间，并继续振动一段时问才能停止。在震源的振动
额率（Ｇｆ）
过程中，电控箱体产生驱动信号，伺服阀总成执行驱
动信号产生振动。由此可见，与这一故障相关的直
接因素，应该是箱体和伺服阀总成。首先更换箱体，
厂＼～ ——、 ／＼ ＼／／、
ｊ Ｖ
故障依旧，这说明不是箱体的问题，问题应该出在伺
服阀上；而ＫＺ一２８震源的伺服阀由Ｍｏｏｇ７６０先导
阀和Ａｔｌａｓ２００Ｈ主阀组成，更换先导阀后故障排
除。由此可见是ＫＺ一２８可控震源所用的Ｍｏｏｇ７６０
图１异常的基值地面力测试图
先导阀发生了自激振荡故障。
２ Ｍｏｏｇ７６０先导阀的结构原理
１ Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡导致的
测试结果
Ｍｏｏｇ７６０先导阀是由一个极化的电磁力矩马
达和两级液压放大器组成，如图２所示。衔铁伸展
振动测试参数：频率７～１１８ Ｈｚ、时长８ Ｓ、斜坡
到磁场回路之中，而衔铁是由柔性管支撑的；柔性管
０．５ Ｓ、出力７Ｏ 。图１所示为ＫＺ一２８可控震源异
在伺服阀电磁部分和液压部分之间起着密封的作
常的基值地面力测试图，图中显示在振动过程中基
用。两个线圈绕在衔铁上，各在柔性管的一边。第
＊黄英辉，１９８５年出生，助理工程师。２００９年毕业于长江大学机械工程学院机械设计制造及其自动化专业，现从事可控震源的维修
与研究工作。
第２５卷第２期 黄英辉：Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨 １Ｏ７
一
级液压放大器的挡板牢固地与衔铁的中点连接；
挡板伸入柔性管，通过两个喷嘴，在喷嘴顶端和挡板
之间形成两个可变化的间隙；由挡板和喷嘴之间可
变化间隙控制的压力，最终施加在第二级阀芯的端
部。第二级是普通的四通滑阀设计，存在一定阀体
压力损失的先导阀输出压力与阀芯相对零位的位移
是成比例的。一个针型反馈弹簧杆固定在挡板上，
另一端插入阀芯中部的槽中。
磁场
线圈
衔铁
喷嘴
阀芯
滤网
回油口 压力油口
图２ Ｍｏｏｇ７６０先导阀结构原理图
由于输入信号使衔铁受到电磁力的影响，因此
引起衔铁和挡板的偏斜；而衔铁和挡板系统是以柔
性管为中心偏转的，从而导致其中一个喷嘴间隙增
加而另一个喷嘴间隙减小。这种变化的结果就是使
阀芯两端产生压差，导致阀芯移动。阀芯的位移使
弹簧杆产生与输入信号产生的电磁力矩相反的作用
力矩，同时阀芯通过反馈弹簧杆把衔铁／挡板拉向中
位，使阀芯两端压差减小，阀芯会继续移动，直到弹
簧杆的作用力矩与电磁力矩达到平衡状态。
３先导阀自激振荡原因分析
３．１伺服阀闭环控制回路
要解决伺服阀自振问题，应从伺服阀环路控制
环节人手。可控震源的伺服控制采用Ｍｏｏｇ７６０先
导阀为先导级，功率级采用滑阀结构的主阀体，功率
级主阀体上带有阀芯位移的传感器，使整个三级阀
构成了一个位置闭环控制系统，如图３所示。输入
信号产生电磁力矩，电磁力矩产生弹簧杆的转角，弹
簧杆转角的输出为先导级阀芯的位移，先导级阀芯
的位移导致功率级主阀体阀芯的位移，而功率级主
阀体阀芯的位移信号又反馈回输入信号，从而形成
图３三级阀闭环控制原理图
闭环控制回路。
根据分析，先导阀的电磁环节和弹簧杆转角环
节是解释自激振荡的突破口。
３．２ 电磁环节
３．２．１ 理论分析
Ｍｏｏｇ７６０先导阀的力矩马达在一定的工作范
围内是一个比例元件，如图４所示，横坐标是输入的
电信号，纵坐标为产生的电磁力矩，特性曲线线性段
为伺服阀的工作范围，由于存在磁饱和特性，超出工
作范围后电磁力矩不再增长，达到饱和状态。线圈
自身老化或者线圈线路重新焊接等因素，都可能导
致线圈的电感以及电阻值的变化，从而产生饱和电
磁力矩；同时磁铁充磁过强，也是导致饱和电磁力矩
的重要因素。特性曲线线性段的斜率称为电磁刚
度。如果电磁刚度增大，则图４特性曲线线性段的
斜率就要增大。当电磁刚度增大到一定程度后，这
时特性曲线便由图４变成图５，线性比例关系就变
成二位关系，力矩马达成为一个二位元件。
电憾刀＿炮
电慑刀矩
Ｘ０ 。。。。。。。Ｊ＿＿＿－＿●●——
Ｘ０
７
．
｝
７ ｆ 输入信
输入信号
．．．．．．．— …．．
－
ｇｏ
图４线性关系 图５二位关系
二位元件的中位是不稳定的，稍有电信号干扰，
衔铁便受饱和电磁力矩作用倒向一边。今假定倒向
左边，如图２所示，则右喷嘴和档板之间间距减小，
左边增大，因此阀芯右端压力上升，左端压力下降，
阀芯在这个压差作用下向左边运动，阀芯运动的同
时通过反馈弹簧杆将衔铁及档板拉向中位，使压差
减小，阀芯运动速度随之减小。在正常工作的阀中，
阀芯运动能最终停止。但此时力矩马达成了二位元
件，饱和电磁力矩使阀芯两端产生大的压差，大的
压差使阀芯以较快的速度向左移动。这种较快的移
动速度使衔铁组件和阀芯产生较大的运动惯性，这
１Ｏ８ 物 探 装 备
种惯性足以使衔铁／档板越过中位，开始一个相反
的过程。这个过程如此周而复始地进行下去，形成
并联 串联 单线圈
自振。
从先导阀的结构原理可知，电磁力矩是由上下
磁铁的磁场与通电线圈产生的电磁场相互作用产生
的。因此，与力矩马达的电磁刚度相关的因素，是磁
翠 干 要， 骨
图６线圈的连接方式
表１ 三种连接方式的相关信息
铁的充磁强度和与线圈磁场强度相关的线圈特性。
３．２．２ 引起自激振荡电磁方面的因素
先导阀在调试过程中，如果力矩马达充磁过强，
易激发自振；而降低充磁强度，对消除自振有明显的
改善作用。ＫＺ一２８可控震源先导阀在出厂前已经
充好磁，并且以前工作正常，因此不存在充磁过强的
情况。
线圈的磁场强度与输入电流有关，在电控箱体
驱动先导阀的过程中，线圈的输入信号为电平信号，
同时线圈存在着电阻和感抗两项特性。线圈电路可
以简化为电阻与感抗串联的电路模型，因此，得出如
下公式：
Ｉ－－
＋（Ｘ￡ ）
而ＸＬ＝＝：２ ７ｃｆＬ
因此 Ｉ一．．：— —一、／Ｒ。 （１）
＋（２￣ｒｆＬ）
式中：Ｘ ——线圈感抗；
Ｊ一一通过线圈的电流；
Ｕ一一驱动先导阀的电平信号；
Ｒ一一线圈的电阻；
Ｌ一一线圈的电感；
－厂一一驱动信号的频率。
由式（１）可知，线圈的电阻尺和电感值Ｌ的减
小，都将促使电流的增大，导致线圈的磁场强度增
大，最终导致电磁刚度增大，从而引起自激振荡。因
此，首先确定线圈的电阻和电感的理论值，然后测量
出故障先导阀线圈的相关值，并与理论值进行比较。
３．２．３ 线圈电阻和电感的测量
查阅《Ｍｏｏｇ７６０电液伺服阀服务手册》，典型的
Ｍｏｏｇ７６０先导阀的两个线圈有并联、串联和单线圈
三种连接方式，如图６所示。
同时查阅到并联、串联和单线圈三种连接方式
下的有关信息如表１所示。
选取同型号完好的Ｍｏｏｇ７６０先导阀，通过测量，
并联 串联 单线圈
●
线圈电阻（２５℃）（ｎ） ４０ １６Ｏ ８０
额定电流（ｍＡ） －＿４０ ＋－±２Ｏ ±４０
线圈电感（Ｈ） Ｏ．１８ Ｏ．６６ ０．２２
Ｂ、Ｄ口为ＫＺ一２８震源所用先导阀的线圈连接口，
线圈电阻在４Ｏｎ左右。对比表１可知，所用的先导
阀线圈应该采用并联的连接方式，即线圈的电阻的理
论值为４０ｆｌ，同时确定线圈电感的理论值为０．１８ Ｈ。
然后，进一步对故障先导阀的电阻和电感进行测量，
并将结果与理论值进行比较。
考虑到测量仪表的测量误差、测量时与接口连
接的不确定因素以及温度因素等的影响，需要对线
圈的电阻和电感进行反复测量。
用数字万用表对故障Ｍｏｏｇ７６０先导阀线圈电
阻进行了反复测量，测量结果如表２所示。
表２电阻的测量结果
次数 １ ２ ３ ４ ５
电阻（０） ４０．１ ３９．９ ３９．７ ３９．８ ４０．１
次数 ６ ７ ８ ９ １Ｏ
电阻（Ｏ） ４０．２ ３９．７ ４０．２ ３９．９ ３９．８
取１Ｏ次测量线圈电阻结果的平均值，其值为
３９．９４Ｑ，符合理论值４０ｆｌ左右的要求。
由于没有专门的电感测量仪，可以用数字万用
表间接测量电感。实际上，数字万用表在测量电容
时是测量电容在固有信号测试频率ｆ０—４００ Ｈｚ时
的阻抗值，然后通过式（３）转换为电容值。因此，可
以用数字万用表的电容档测量线圈，通过公式转换
为电感值。因而有如下公式：
Ｘ，一２ ７【ｆ。Ｌ （２）
ＸＬ－－ １ （３）
式中：Ｘ ——感抗；
第２５卷第２期 黄英辉：Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨 １Ｏ９
测试频率；
Ｌ——线圈的电感；
Ｃ——线圈的电容。
当用数字万用表的电容档测量线圈时，测得的
容抗值其实是线圈的感抗值，因此由式（２）和式（３）
可得：
１
ｘＬ＝２ ７【ｆ０Ｌ－－ ／ （４）
则
Ｌ
，
】 １
一 一 丽
＝＝＝１．５８×１０ 去 （５）
一
用数字万用表电容档反复测量线圈，测试结果
如表３所示。通过式（５）的换算，得到电感值如表４
所示。
表３测得的电容值
次数 １ ２ ３ ４ ５
电容（ Ｆ） Ｏ．８７２ Ｏ．８８７ Ｏ．８７２ Ｏ．８６８ Ｏ．８９２
次数 ６ ７ ８ ９ １０
电容（ Ｆ） ０．８８２ Ｏ．８８２ Ｏ．８６８ Ｏ．８８７ Ｏ．８９２
表４换算后的电感值
次数 １ ２ ３ ４ ５
电感（Ｈ） ０．１８１ ０．１７８ ０．１８１ Ｏ．１８２ Ｏ．１７７
次数 ６ ７ ８ ９ １０
电感（Ｈ） Ｏ．１７９ Ｏ．１７９ Ｏ．１８２ ０．１７８ Ｏ．１７７
取１０次结果的平均值为０．１７９４ Ｈ，电感值也符
合理论值要求，所以故障先导阀自激振荡的原因不
在电磁环节。
３．３弹簧杆球头机械磨损分析
根据Ｍｏｏｇ７６０先导阀的结构，弹簧杆顶端的小
球插人阀芯中部的槽中，小球在沟槽中要求间隙在
合理范围，如图７所示。若Ａ点和Ｂ点长期处于受
力状态，并且基本上是点接触，久而久之，Ａ点和Ｂ
点就会出现磨损，磨损间隙如图７所示。
在图７中，弹簧杆的转角０通过弹簧杆小球的
传递，导致了先导阀阀芯的位移。在性能正常情况
下，小球左右侧与配合槽的间隙在合理范围，构成一
个线性环节，小球磨损达到一定程度后（假设磨损是
对称的，磨损量为 ），零位时小球左右两侧与配合
图７小球磨损及Ｉ司隙不恿
槽的间隙超出合理范围，该间隙将使它的中位极不
稳定的。
以可控震源振动测试实例分析，Ｍｏｏｇ７６０先导
阀执行箱体的驱动信号，衔铁／挡板来回往复偏转，
在８ ｓ的驱动信号结束后，电磁力矩消失，阀芯在两
端压差作用下移动；同时，通过反馈弹簧杆将衔铁／
挡板拉向中位，阀芯两端压差减小。正常情况下，衔
铁／挡板到达中位时，阀芯两端压差变为零，阀芯在
弹簧杆的作用下回到中位，震源振动立即结束。当
球头与槽的间隙超出允许值时，阀芯不在中位，图２
中油口Ａ或油口Ｂ仍然有油液作用于主阀阀芯，导
致重锤的运动，这些过程如此周而复始地进行下去，
就出现了图１所示的８ Ｓ驱动信号结束后振动延续
的状况，形成自振。
考虑ＫＺ一２８震源上的Ｍｏｏｇ７６０先导阀的使
用时间，不排除弹簧杆小球与沟槽摩擦副存在磨损
间隙的情况。于是将故障先导阀的力矩马达组件进
行了拆解，发现弹簧杆小球存在磨损，如图８所示。
于是将故障先导阀发回修理厂商，更换了包括反馈
弹簧杆在内的力矩马达组件，然后将修理后的先导
图８故障先导阀弹簧杆小球磨损实物图
１１Ｏ 物 探 装 备
阀装回原震源，并进行了振动测试。测试结果如图
的材质构成小球与沟槽的摩擦副，这是防止磨损、避
免自激振荡的有效措施。而针对线圈的老化和小球
与沟槽摩擦副的磨损，应及时采用更换力矩马达组
件的方法进行维修。
９所示，基值地面力测试曲线表明震源性能正常。
５ 结束语
以上对Ｍｏｏｇ７６０先导阀自振现象进行了初步
图９正常的基值地面力测试图
理论分析和实例分析，在生产过程中还应结合实际
情况具体分析。对Ｍｏｏｇ７６０先导阀的自激振荡现
象进行分析，有助于我们更好地防止此类故障，更好
４针对自激振荡的相关措施
针对自激振荡现象，应首先测量线圈的电阻和
地维护Ｍｏｏｇ７６０先导阀。
参 考 文 献
Ｅ１］Ｍｏｏｇ公司．Ｍｏｏｇ７６０系列电液伺服阀服务手册．２００８．
［２］秦世才．模拟电路基础．南开大学出版社，２００６．
电感值，如发现数值变化较大应及时更换维修。而
弹簧杆球头受材质以及时效性的限制，弹簧杆球头
会产生磨损，磨损间隙超过一定范围也能导致自激
振荡。因此，先导阀生产厂家致力于采用耐磨性好
［３］王显正．控制理论基础．科学出版社，２０００．
收稿日期：２０１４—０２—１２
（上接第９４页）
ｌ０
—
５
＼
．
目
一０
～ ７＼ Ｍ＾ ：
幅度（ｍＶ）
“一
。
：Ａ／Ａ／Ａ， １
幅度（ｍＶ）
馨
５
ｌ０
真参考波×返
回参考波 。
．
真参考波×返， ｊ
九～ ＼ｎ＾＾．
回参考波 １
ｎ【
Ｕ ’一。 。：
图１Ｏ采集类型３，１８０。相位相关
图１１采集类型４，一９Ｏ。相位相关
关后的相关子波的相位不一样，经过４次叠加后相
互抵消（理论上正好完全抵消为零），造成有用的地
仪器与ＶＥ４６４箱体的连接。希望通过本文的介绍
对广大同行有所帮助。
参 考 文 献
震数据经过相关、叠加后完全丢失。
［１］Ｓｅｒｃｅｌ公司．４２８ＸＬ操作手册．２００８．
收稿日期：２０１４ Ｏｌ ２１
５ 结束语
本文介绍了４２８ＸＬ仪器连接ＶＥ４３２旋转相位
的主要参数的设置方法，该方法同样适合于４２８ＸＬ
2024年8月26日发(作者：窦晨菲)
２０１５年４月 物 探 装 备 第２５卷第２期
Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨
黄英辉
（东方地球物理公司装备服务处震源服务中心，新疆库尔勒８４１０００）
摘 要
黄英辉．Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨．物探装备，２０１５，２５（２）：１０６—１１０
Ｍｏｏｇ７６０先导阀是可控震源Ｋｚ一２８的一个关键控制元件，但在震源运行过程中发现Ｍｏｏｇ７６０先导阀存在自
激振荡现象。本文介绍了Ｍｏｏｇ７６０先导阀的结构原理及位置闭环控制系统，对Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象进
行了理论分析，总结了导致这一故障的相关因素，并提出了相应的改进措施。
关键词 可控震源 Ｍｏｏｇ７６０先导阀 自激振荡 理论分析 改进措施
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｈｕａｎｇ Ｙｉｎｇｈｕｉ．ＴｈｅＴｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ．ＥＧＰ，２０１５，２５（２）：１０６－１１０
Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ ｉｎ ＫＺ２８ ｖｉｂｒａｔｏｒ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｏｒ，ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ
Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｍｏｏｇ７６０
ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｖｉｂｒａｔｏｒ，Ｍｏｏｇ７６０ ｐｉｌｏｔ ｖａｌｖｅ，ｓｅｌｆ ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
在可控震源ＫＺ一２８的振动测试中，发现其振
值地面力出现不规则的波动，同时振动在８ Ｓ后延续
动异常，表现为：可控震源振动超出了设定的振动时
一
段时间才停止。
间，并继续振动一段时问才能停止。在震源的振动
额率（Ｇｆ）
过程中，电控箱体产生驱动信号，伺服阀总成执行驱
动信号产生振动。由此可见，与这一故障相关的直
接因素，应该是箱体和伺服阀总成。首先更换箱体，
厂＼～ ——、 ／＼ ＼／／、
ｊ Ｖ
故障依旧，这说明不是箱体的问题，问题应该出在伺
服阀上；而ＫＺ一２８震源的伺服阀由Ｍｏｏｇ７６０先导
阀和Ａｔｌａｓ２００Ｈ主阀组成，更换先导阀后故障排
除。由此可见是ＫＺ一２８可控震源所用的Ｍｏｏｇ７６０
图１异常的基值地面力测试图
先导阀发生了自激振荡故障。
２ Ｍｏｏｇ７６０先导阀的结构原理
１ Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡导致的
测试结果
Ｍｏｏｇ７６０先导阀是由一个极化的电磁力矩马
达和两级液压放大器组成，如图２所示。衔铁伸展
振动测试参数：频率７～１１８ Ｈｚ、时长８ Ｓ、斜坡
到磁场回路之中，而衔铁是由柔性管支撑的；柔性管
０．５ Ｓ、出力７Ｏ 。图１所示为ＫＺ一２８可控震源异
在伺服阀电磁部分和液压部分之间起着密封的作
常的基值地面力测试图，图中显示在振动过程中基
用。两个线圈绕在衔铁上，各在柔性管的一边。第
＊黄英辉，１９８５年出生，助理工程师。２００９年毕业于长江大学机械工程学院机械设计制造及其自动化专业，现从事可控震源的维修
与研究工作。
第２５卷第２期 黄英辉：Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨 １Ｏ７
一
级液压放大器的挡板牢固地与衔铁的中点连接；
挡板伸入柔性管，通过两个喷嘴，在喷嘴顶端和挡板
之间形成两个可变化的间隙；由挡板和喷嘴之间可
变化间隙控制的压力，最终施加在第二级阀芯的端
部。第二级是普通的四通滑阀设计，存在一定阀体
压力损失的先导阀输出压力与阀芯相对零位的位移
是成比例的。一个针型反馈弹簧杆固定在挡板上，
另一端插入阀芯中部的槽中。
磁场
线圈
衔铁
喷嘴
阀芯
滤网
回油口 压力油口
图２ Ｍｏｏｇ７６０先导阀结构原理图
由于输入信号使衔铁受到电磁力的影响，因此
引起衔铁和挡板的偏斜；而衔铁和挡板系统是以柔
性管为中心偏转的，从而导致其中一个喷嘴间隙增
加而另一个喷嘴间隙减小。这种变化的结果就是使
阀芯两端产生压差，导致阀芯移动。阀芯的位移使
弹簧杆产生与输入信号产生的电磁力矩相反的作用
力矩，同时阀芯通过反馈弹簧杆把衔铁／挡板拉向中
位，使阀芯两端压差减小，阀芯会继续移动，直到弹
簧杆的作用力矩与电磁力矩达到平衡状态。
３先导阀自激振荡原因分析
３．１伺服阀闭环控制回路
要解决伺服阀自振问题，应从伺服阀环路控制
环节人手。可控震源的伺服控制采用Ｍｏｏｇ７６０先
导阀为先导级，功率级采用滑阀结构的主阀体，功率
级主阀体上带有阀芯位移的传感器，使整个三级阀
构成了一个位置闭环控制系统，如图３所示。输入
信号产生电磁力矩，电磁力矩产生弹簧杆的转角，弹
簧杆转角的输出为先导级阀芯的位移，先导级阀芯
的位移导致功率级主阀体阀芯的位移，而功率级主
阀体阀芯的位移信号又反馈回输入信号，从而形成
图３三级阀闭环控制原理图
闭环控制回路。
根据分析，先导阀的电磁环节和弹簧杆转角环
节是解释自激振荡的突破口。
３．２ 电磁环节
３．２．１ 理论分析
Ｍｏｏｇ７６０先导阀的力矩马达在一定的工作范
围内是一个比例元件，如图４所示，横坐标是输入的
电信号，纵坐标为产生的电磁力矩，特性曲线线性段
为伺服阀的工作范围，由于存在磁饱和特性，超出工
作范围后电磁力矩不再增长，达到饱和状态。线圈
自身老化或者线圈线路重新焊接等因素，都可能导
致线圈的电感以及电阻值的变化，从而产生饱和电
磁力矩；同时磁铁充磁过强，也是导致饱和电磁力矩
的重要因素。特性曲线线性段的斜率称为电磁刚
度。如果电磁刚度增大，则图４特性曲线线性段的
斜率就要增大。当电磁刚度增大到一定程度后，这
时特性曲线便由图４变成图５，线性比例关系就变
成二位关系，力矩马达成为一个二位元件。
电憾刀＿炮
电慑刀矩
Ｘ０ 。。。。。。。Ｊ＿＿＿－＿●●——
Ｘ０
７
．
｝
７ ｆ 输入信
输入信号
．．．．．．．— …．．
－
ｇｏ
图４线性关系 图５二位关系
二位元件的中位是不稳定的，稍有电信号干扰，
衔铁便受饱和电磁力矩作用倒向一边。今假定倒向
左边，如图２所示，则右喷嘴和档板之间间距减小，
左边增大，因此阀芯右端压力上升，左端压力下降，
阀芯在这个压差作用下向左边运动，阀芯运动的同
时通过反馈弹簧杆将衔铁及档板拉向中位，使压差
减小，阀芯运动速度随之减小。在正常工作的阀中，
阀芯运动能最终停止。但此时力矩马达成了二位元
件，饱和电磁力矩使阀芯两端产生大的压差，大的
压差使阀芯以较快的速度向左移动。这种较快的移
动速度使衔铁组件和阀芯产生较大的运动惯性，这
１Ｏ８ 物 探 装 备
种惯性足以使衔铁／档板越过中位，开始一个相反
的过程。这个过程如此周而复始地进行下去，形成
并联 串联 单线圈
自振。
从先导阀的结构原理可知，电磁力矩是由上下
磁铁的磁场与通电线圈产生的电磁场相互作用产生
的。因此，与力矩马达的电磁刚度相关的因素，是磁
翠 干 要， 骨
图６线圈的连接方式
表１ 三种连接方式的相关信息
铁的充磁强度和与线圈磁场强度相关的线圈特性。
３．２．２ 引起自激振荡电磁方面的因素
先导阀在调试过程中，如果力矩马达充磁过强，
易激发自振；而降低充磁强度，对消除自振有明显的
改善作用。ＫＺ一２８可控震源先导阀在出厂前已经
充好磁，并且以前工作正常，因此不存在充磁过强的
情况。
线圈的磁场强度与输入电流有关，在电控箱体
驱动先导阀的过程中，线圈的输入信号为电平信号，
同时线圈存在着电阻和感抗两项特性。线圈电路可
以简化为电阻与感抗串联的电路模型，因此，得出如
下公式：
Ｉ－－
＋（Ｘ￡ ）
而ＸＬ＝＝：２ ７ｃｆＬ
因此 Ｉ一．．：— —一、／Ｒ。 （１）
＋（２￣ｒｆＬ）
式中：Ｘ ——线圈感抗；
Ｊ一一通过线圈的电流；
Ｕ一一驱动先导阀的电平信号；
Ｒ一一线圈的电阻；
Ｌ一一线圈的电感；
－厂一一驱动信号的频率。
由式（１）可知，线圈的电阻尺和电感值Ｌ的减
小，都将促使电流的增大，导致线圈的磁场强度增
大，最终导致电磁刚度增大，从而引起自激振荡。因
此，首先确定线圈的电阻和电感的理论值，然后测量
出故障先导阀线圈的相关值，并与理论值进行比较。
３．２．３ 线圈电阻和电感的测量
查阅《Ｍｏｏｇ７６０电液伺服阀服务手册》，典型的
Ｍｏｏｇ７６０先导阀的两个线圈有并联、串联和单线圈
三种连接方式，如图６所示。
同时查阅到并联、串联和单线圈三种连接方式
下的有关信息如表１所示。
选取同型号完好的Ｍｏｏｇ７６０先导阀，通过测量，
并联 串联 单线圈
●
线圈电阻（２５℃）（ｎ） ４０ １６Ｏ ８０
额定电流（ｍＡ） －＿４０ ＋－±２Ｏ ±４０
线圈电感（Ｈ） Ｏ．１８ Ｏ．６６ ０．２２
Ｂ、Ｄ口为ＫＺ一２８震源所用先导阀的线圈连接口，
线圈电阻在４Ｏｎ左右。对比表１可知，所用的先导
阀线圈应该采用并联的连接方式，即线圈的电阻的理
论值为４０ｆｌ，同时确定线圈电感的理论值为０．１８ Ｈ。
然后，进一步对故障先导阀的电阻和电感进行测量，
并将结果与理论值进行比较。
考虑到测量仪表的测量误差、测量时与接口连
接的不确定因素以及温度因素等的影响，需要对线
圈的电阻和电感进行反复测量。
用数字万用表对故障Ｍｏｏｇ７６０先导阀线圈电
阻进行了反复测量，测量结果如表２所示。
表２电阻的测量结果
次数 １ ２ ３ ４ ５
电阻（０） ４０．１ ３９．９ ３９．７ ３９．８ ４０．１
次数 ６ ７ ８ ９ １Ｏ
电阻（Ｏ） ４０．２ ３９．７ ４０．２ ３９．９ ３９．８
取１Ｏ次测量线圈电阻结果的平均值，其值为
３９．９４Ｑ，符合理论值４０ｆｌ左右的要求。
由于没有专门的电感测量仪，可以用数字万用
表间接测量电感。实际上，数字万用表在测量电容
时是测量电容在固有信号测试频率ｆ０—４００ Ｈｚ时
的阻抗值，然后通过式（３）转换为电容值。因此，可
以用数字万用表的电容档测量线圈，通过公式转换
为电感值。因而有如下公式：
Ｘ，一２ ７【ｆ。Ｌ （２）
ＸＬ－－ １ （３）
式中：Ｘ ——感抗；
第２５卷第２期 黄英辉：Ｍｏｏｇ７６０先导阀自激振荡现象的探讨 １Ｏ９
测试频率；
Ｌ——线圈的电感；
Ｃ——线圈的电容。
当用数字万用表的电容档测量线圈时，测得的
容抗值其实是线圈的感抗值，因此由式（２）和式（３）
可得：
１
ｘＬ＝２ ７【ｆ０Ｌ－－ ／ （４）
则
Ｌ
，
】 １
一 一 丽
＝＝＝１．５８×１０ 去 （５）
一
用数字万用表电容档反复测量线圈，测试结果
如表３所示。通过式（５）的换算，得到电感值如表４
所示。
表３测得的电容值
次数 １ ２ ３ ４ ５
电容（ Ｆ） Ｏ．８７２ Ｏ．８８７ Ｏ．８７２ Ｏ．８６８ Ｏ．８９２
次数 ６ ７ ８ ９ １０
电容（ Ｆ） ０．８８２ Ｏ．８８２ Ｏ．８６８ Ｏ．８８７ Ｏ．８９２
表４换算后的电感值
次数 １ ２ ３ ４ ５
电感（Ｈ） ０．１８１ ０．１７８ ０．１８１ Ｏ．１８２ Ｏ．１７７
次数 ６ ７ ８ ９ １０
电感（Ｈ） Ｏ．１７９ Ｏ．１７９ Ｏ．１８２ ０．１７８ Ｏ．１７７
取１０次结果的平均值为０．１７９４ Ｈ，电感值也符
合理论值要求，所以故障先导阀自激振荡的原因不
在电磁环节。
３．３弹簧杆球头机械磨损分析
根据Ｍｏｏｇ７６０先导阀的结构，弹簧杆顶端的小
球插人阀芯中部的槽中，小球在沟槽中要求间隙在
合理范围，如图７所示。若Ａ点和Ｂ点长期处于受
力状态，并且基本上是点接触，久而久之，Ａ点和Ｂ
点就会出现磨损，磨损间隙如图７所示。
在图７中，弹簧杆的转角０通过弹簧杆小球的
传递，导致了先导阀阀芯的位移。在性能正常情况
下，小球左右侧与配合槽的间隙在合理范围，构成一
个线性环节，小球磨损达到一定程度后（假设磨损是
对称的，磨损量为 ），零位时小球左右两侧与配合
图７小球磨损及Ｉ司隙不恿
槽的间隙超出合理范围，该间隙将使它的中位极不
稳定的。
以可控震源振动测试实例分析，Ｍｏｏｇ７６０先导
阀执行箱体的驱动信号，衔铁／挡板来回往复偏转，
在８ ｓ的驱动信号结束后，电磁力矩消失，阀芯在两
端压差作用下移动；同时，通过反馈弹簧杆将衔铁／
挡板拉向中位，阀芯两端压差减小。正常情况下，衔
铁／挡板到达中位时，阀芯两端压差变为零，阀芯在
弹簧杆的作用下回到中位，震源振动立即结束。当
球头与槽的间隙超出允许值时，阀芯不在中位，图２
中油口Ａ或油口Ｂ仍然有油液作用于主阀阀芯，导
致重锤的运动，这些过程如此周而复始地进行下去，
就出现了图１所示的８ Ｓ驱动信号结束后振动延续
的状况，形成自振。
考虑ＫＺ一２８震源上的Ｍｏｏｇ７６０先导阀的使
用时间，不排除弹簧杆小球与沟槽摩擦副存在磨损
间隙的情况。于是将故障先导阀的力矩马达组件进
行了拆解，发现弹簧杆小球存在磨损，如图８所示。
于是将故障先导阀发回修理厂商，更换了包括反馈
弹簧杆在内的力矩马达组件，然后将修理后的先导
图８故障先导阀弹簧杆小球磨损实物图
１１Ｏ 物 探 装 备
阀装回原震源，并进行了振动测试。测试结果如图
的材质构成小球与沟槽的摩擦副，这是防止磨损、避
免自激振荡的有效措施。而针对线圈的老化和小球
与沟槽摩擦副的磨损，应及时采用更换力矩马达组
件的方法进行维修。
９所示，基值地面力测试曲线表明震源性能正常。
５ 结束语
以上对Ｍｏｏｇ７６０先导阀自振现象进行了初步
图９正常的基值地面力测试图
理论分析和实例分析，在生产过程中还应结合实际
情况具体分析。对Ｍｏｏｇ７６０先导阀的自激振荡现
象进行分析，有助于我们更好地防止此类故障，更好
４针对自激振荡的相关措施
针对自激振荡现象，应首先测量线圈的电阻和
地维护Ｍｏｏｇ７６０先导阀。
参 考 文 献
Ｅ１］Ｍｏｏｇ公司．Ｍｏｏｇ７６０系列电液伺服阀服务手册．２００８．
［２］秦世才．模拟电路基础．南开大学出版社，２００６．
电感值，如发现数值变化较大应及时更换维修。而
弹簧杆球头受材质以及时效性的限制，弹簧杆球头
会产生磨损，磨损间隙超过一定范围也能导致自激
振荡。因此，先导阀生产厂家致力于采用耐磨性好
［３］王显正．控制理论基础．科学出版社，２０００．
收稿日期：２０１４—０２—１２
（上接第９４页）
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图１Ｏ采集类型３，１８０。相位相关
图１１采集类型４，一９Ｏ。相位相关
关后的相关子波的相位不一样，经过４次叠加后相
互抵消（理论上正好完全抵消为零），造成有用的地
仪器与ＶＥ４６４箱体的连接。希望通过本文的介绍
对广大同行有所帮助。
参 考 文 献
震数据经过相关、叠加后完全丢失。
［１］Ｓｅｒｃｅｌ公司．４２８ＸＬ操作手册．２００８．
收稿日期：２０１４ Ｏｌ ２１
５ 结束语
本文介绍了４２８ＸＬ仪器连接ＶＥ４３２旋转相位
的主要参数的设置方法，该方法同样适合于４２８ＸＬ