徐如民

（六安鋼鐵控股有限公司，安徽 六安237462）

摘要：本文以某鋼鐵公司1580帶鋼廠卷取機1#助卷輥為例，介紹液壓伺服控制系統故障原因分析，提出了相應的預防措施,保障助卷輥液壓伺服控制系統的穩定性、精確性，對助卷輥液壓伺服控制系統故障的預防起到了一定作用，提高液壓缸及相連的機械設備的使用壽命。

關鍵字：伺服系統；故障；分析；預防

1  液壓伺服控制系統及卷取機助卷輥概述

液壓伺服控制系統在冶金行業帶鋼生產中應用十分廣泛，AWC、AGC、活套、彎輥、側導板、夾送輥、助卷輥等控制系統中都采用伺服系統，而伺服閥決定了伺服系統的性能和板帶質量。液壓伺服控制系統作為機械、電氣自動化、液壓及生產工藝技術相結合的高精密系統，綜合了多方面的特點，具有控制精度高，響應速度快，信號處理靈活，輸出功率大和結構緊湊等優點，維護難度較大等特點。如何提高伺服控制系統的可靠性致關重要，保證控制系統準確快速穩定的工作有重要的意義。

1580帶鋼廠鋼坯卷鋼過程，當其頭部咬入精軋機組F1、F2或F3時，卷取機已經處于準備工作狀態。此時，助卷輥圍抱卷筒，在液壓伺服控制系統機構控制下，助卷輥與卷筒之間保持帶鋼咬入厚度的1.5倍。帶鋼進入卷取機時，借助導板裝置，在助卷輥和卷筒之間形成封閉路徑，使帶鋼按順序卷上卷筒。在帶鋼卷入卷筒的頭1圈后，助卷輥進行踏步控制，帶鋼卷上3-5圈后，助卷輥全部打開，進入正常的卷取狀態，帶鋼在卷筒和精軋機之間形成穩定的張力。帶鋼尾部離開F7精軋機時，助卷輥合攏，并壓住外層帶卷，直到卸卷時打開。見示意圖（圖1）。

圖11580帶鋼廠卷取設備示意圖

2  卷取機助卷輥液壓伺服控制系統的工作原理

卷取伺服液壓站主要設備為五臺 （四用一備）斜盤式恒壓變量柱塞泵，系統正常工作時主泵排出的壓力油通過泵出口的三通分為兩路：一路為主油路，壓力為21Mpa；另一路為減壓控制回路，壓力降為12Mpa，專為伺服閥先導部分供油。軋機正常工作時，主油路的壓力油經過伺服閥控制液壓缸工作，以達到卷取機助卷輥定位和控制板坯卷型的目的；當軋機停機檢修時，伺服閥關閉，旁通回路打開，主油路的壓力油通過電液換向閥來控制液壓缸到檢修位置；當正常軋鋼時，按照助卷輥的位置需求打開，至最大位或保持與帶鋼厚度1.5倍的輥縫定位等待卷鋼，此時，伺服閥打開，旁路回路電液換向閥兩端失電，閥芯停止在中位。見示意圖（圖2）。。

圖2 1580帶鋼廠卷取機1#助卷輥液壓原理圖

3   卷取機助卷輥液壓伺服控制系統存在的故障及原因分析

3.1  助卷輥液壓缸震蕩和助卷輥不能壓靠或壓靠時間過長

3.1.1  助卷輥液壓缸震蕩原因分析（見圖3）

圖3 1580帶鋼廠卷取機1#助卷輥液壓缸震蕩曲線圖

助卷輥在等待卷帶鋼狀態下，液壓缸自動定位控制不準確,并在一定范圍之內震蕩或抖動，致使卷筒和助卷輥相互干涉，造成這種現象的主要原因為:

(1)伺服閥由先導閥控制調節主閥芯運動，助卷輥工作需要保持高頻正弦波震蕩，以保證快速響應。1580帶鋼廠的伺服閥一般在沒有給定的時候處于 2000HZ 的正弦震蕩。因此，當先導閥芯的芯套邊緣部分由于磨損或其它原因出現損傷時，閥體發生內泄,伺服閥就會出現周期性的非正常震蕩。

（2）由于伺服閥的先導閥芯和閥體之間其本采用緊配合結構，因此伺服系統對油品的要求極高。當液壓系統中的細小顆粒夾到間隙里時, 會影響到閥體的正常動作，出現卡阻等現象。根據位置控制的原理分析，一般在卡阻部位就會出現震蕩。所以液壓油油品的清潔度也是產生系統震蕩的一個重要因素。

（3）伺服閥在投入使用時，內環、外環的積分增益已設定好。精確的增益設定值既能保證伺服閥的響應速度，又能在達到給定參考值的時候沒有（或者很小）超調。但是伺服閥在使用過程中，由于各種原因，伺服閥的響應特性會出現變化。一般來說，隨著時間的推移，伺服閥的響應速度會降低。這樣的話，相對于初始設定值，伺服閥放大器設定的增益值就會逐漸偏大。這時候就會出現超調現象，當增益過大的時候就會出現系統的震蕩現象。

（4）伺服閥入口與出口之間兩端壓差△P過高；液壓缸銷軸、油缸底座等部位機械連接不牢固，從閥臺到油缸膠管太長、彈性過大，控制閥臺安裝的離油缸距離太遠；在TDC閉環控制程序中插入了斜坡時間，微分、積分增益設定值太低。

3.1.2  助卷液壓缸不能壓靠原因分析（見圖4）

圖4 助卷液壓缸出現壓靠未達設定值時狀態曲線圖

當助卷輥液壓缸壓靠卷筒至帶鋼厚度1.5倍的輥縫時，常會出現輥縫不能達到設定值的狀態，造成這種現象的主要原因為:

（1）液壓系統油壓未達驅動負荷所需的壓力，閥體及油缸存在嚴重內泄，致使油缸無桿腔未達驅動負荷所需的壓力，伺服閥先導控制壓力不能滿足系統要求。

（2）TDC控制系統程序積分增益設定值太高，增益及偏流方向不正確，比例及積分設定值太低。

3.1.3  助卷液壓缸壓靠時間過長原因分析（見圖5）

圖5 助卷液壓缸壓靠時間過長

助卷輥液壓缸往卷筒壓靠到保持與帶鋼厚度1.5倍的輥縫間隙時，到達設定值的時間過長，造成這種現象的主要原因為:

（1）控制閥壓力靈敏度過低，磁尺、壓力傳感器等檢測裝置采集信號時間過長。

（2）TDC控制系統程序比例增益設定值太低，偏流不正確。

3.2  助卷輥液壓伺服系統產生液壓沖擊原因分析

系統出現液壓沖擊現象時,油液的壓力峰值有時高達正常壓力的3-4倍，使系統中的控制閥等液壓元件、甚至管道受損，并使壓力傳感器、油缸磁尺發出非正常訊號，致使系統不能正常工作，影響帶鋼產品卷型質量；液壓沖擊還會造成強烈的振動和沖擊噪聲，使油溫較快上升，極易使系統造成泄漏，嚴重影響液壓系統的性能穩定和可靠,造成這種現象的主要原因為:

（1）由于卷鋼過程中，助卷力作用于助卷輥上，傳遞到伺服缸，使其受到沖擊，進而使閥架和管道產生振動，造成液壓系統工作穩定性較差，導致管路漏油，影響生產順利進行。

（2）伺服閥的零漂過大，極易引起系統的振動，產生助卷輥輥縫和壓力波動，致使系統的穩定性差。

（3）伺服控制閥動作太快，微分增益值太高，階躍響應速度太快。

3.2  液壓系統溫度升高原因分析

液壓系統溫度過高會降低液壓設備的性能下降,縮短元件壽命,故障增多,導致密封圈易老化失效,影響系統性能,產生液壓系統油溫上升過高的主要原因為: 

（1）液壓站循環冷卻系統冷卻效果差和液壓油不能正常流動，管路上存在節流或阻尼較大。

（2）系統主油泵工作壓力調整不一致, 助卷輥液壓系統為四臺變量柱塞泵并聯同時向液壓系統供油。若其中的一臺泵的工作壓力輸出值大于另外三臺泵時,會出現只有這一臺泵向系統正常供油,而另外三臺泵供油不正常,或不斷地在泵體內進行自循環,從而造成泵體不斷發熱,使系統油溫不斷升高。

（3）泵或閥的內泄也是造成油溫升高的重要原因之一。無論是泵或閥,在產生內泄時,由于摩擦產生大量的熱量,把熱量傳遞給油液,必然會造成系統溫升。

4  卷取機助卷輥液壓伺服控制系統故障預防措施

4.1  助卷輥液壓缸震蕩和助卷輥不能壓靠或壓靠時間過長對策及措施

助卷輥液壓缸出現震蕩現象時，對液壓系統危害很大。如何預防震蕩產生，出現震蕩后如何消除，按照設備的維護保養慣例，應該是預防為主，消除為輔。根據1580帶鋼廠場的實際經驗，對助卷輥液壓缸震蕩和助卷輥不能壓靠或壓靠時間過長產生的預防措施主要有以下幾點：

（1）伺服閥使用壽命滿1年或發現零偏電流值達到1mA以上的時候，應該及時清洗或修復伺服閥；定期對伺服閥做階躍響應試驗。日常做響應試驗時，就會及時發現伺服閥的閥芯是否有磨損，如果發現問題，應該及時清洗或修復伺服閥。

（2）定期對伺服系統的油品進行化驗，如果油品的清潔度等級低于NAS5級時，應該馬上對液壓系統的過濾器進行更換，以防止有大顆粒進入伺服閥的先導閥芯，造成卡阻導致的伺服閥震動。

（3）定期對助卷輥液壓缸及傳動機構進行檢查緊固，發現有卡阻、松動、間隙過大等情況時及時處理；定期標定卷筒卷徑、助卷輥水平度、助卷輥與卷筒之間的徑向間隙。避免因機械裝配產生震蕩。

（4）定期對伺服閥反饋系統的電纜進行檢查，采取措施預防由于外界強磁場、電場對反饋系統造成干擾產生震蕩。

（5）定期對系統的接線、磁尺進行緊固，避免由于螺絲松動造成電阻非正常偏高出現反饋信號錯誤或輸出信號錯誤產生震動。

如果助卷輥液壓伺服控制系統出現了震蕩或不能壓靠等故障，根據1580帶鋼廠多年的現場經驗，結合操作畫面助卷輥輥縫給定值和反饋值曲線、液壓缸實際測量壓力和反饋壓力、伺服閥零偏、零漂程度曲線，按照以下順序進行故障排查和處理：

（1）觀察助卷輥壓靠過程中有沒有出現明顯的超調，因為這是最容易觀察到的現象，并對伺服系統的增益進行下調，調整范圍以不出現超調為準。同時對系統進行響應測試，可消除由于增益不當產生的震蕩。

（2）檢查給定、反饋線路的螺栓連接有無松動現象，并進行適當緊固，可消除由于信號干擾產生的震蕩。

（3）檢查報警，如果有伺服系統報警，先分析是什么原因，如果是反饋電纜出現問題，應該及時更換，可以消除由于反饋系統產生的震蕩。

（4）如果沒有報警，反饋也正常，就需要對伺服閥做響應測試，如果測試的時候，測試曲線有跳躍式動作，說明先導閥或主閥芯有卡勁的現象，應該清洗或修復伺服閥。這樣可以消除由于伺服閥故障產生的系統震蕩。

（5）如果由于系統壓力偏低或助卷輥兩端水平等機械原因引起的震動，這種震蕩表現為無規則震蕩，有時候很難捕捉到，需要對助卷輥兩端垂直水平度進行測量標定、對所有相關機械設備是否有松動或間隙過大的部位逐一檢查消除隱患。

4.2  減少助卷輥液壓沖擊對策及措施

（1）在保證鋼卷卷型質量的前提下,在卷取2-5圈產品過程中，盡量減小踏步步距,在卷完5圈后，下調助卷輥打開過程中比例增益設定值，使助卷輥緩慢打開。

（2）合理規劃盡量減少液壓管道長度,減少沖擊波傳播的距離,在不影響階躍響應速度前提下，從閥臺到油缸之間增設膠管連接緩解沖擊。

（3）定期標定油缸無桿腔溢流閥壓力在23MPa；在液壓沖擊源閥臺前設置蓄能器。

（4）合理調整伺服閥的零漂范圍，以減少液壓沖擊帶來的危害。當供油壓力在設定范圍18.9Mpa-23.2Mpa內變化時，零漂應小于0.62Mpa；當回油壓力在0-6.3Mpa范圍內變化時，其零漂應小于0.62Mpa；當控制電流在0-10mA范圍內變化時，零漂應小于0.4mA。

4.3  液壓系統溫度過高,影響系統性能的對策措施

（1）利用檢修等時間清洗冷卻器濾網,將冷卻器解體后作除垢清潔處理。工作狀態中適當提高冷卻水壓力、流量，強化冷卻效果。

（2）利用檢修時間將主液壓泵工作壓力調整為一致，在調整泵壓力時,應將四臺工作泵的壓力調整在規定的壓差范圍內,壓力值相對差不超過2%。

（3）定期標定泵上溢流閥或閥臺上溢流閥、減壓閥的設定值，檢查控制閥是否有內泄等, 更換不能調整或已損壞的液壓元件。

（4）使用測溫儀測量管路溫度，檢查消除管路和閥組中非正常溢流、節流和阻尼現象。

5  結束語

某鋼鐵有限公司1580帶鋼廠卷取機助卷輥液壓伺服控制系統經過檢修時間和平時的維護，已經實現以預防為主，對系統溢流閥、伺服閥、助卷輥輥縫、卷筒漲徑進行定期測試標定，使得液壓系統工作時的穩定性能得到明顯提高，系統溫升、振動沖擊等故障都得到了較好的控制。通過近幾年對助卷輥液壓伺服控制系統的維護，大大提高了設備的運轉周期，大幅度降低了助卷機故障時間，為提高我公司帶鋼產量及成材率提供了有力的保障，給公司帶來可觀的經濟效益。

參考文獻

【1】MOOG公司伺服閥說明書.

【2】某鋼鐵公司帶鋼廠工藝指導書.

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【5】王懋瑤.液壓傳動與控制教程[M] .天津:天津大學出版社,1998.