大型軋機(jī)AGC液壓缸信號分析方法研究①

郭小玲 楊敏 鄧江洪， 張小勇 魯臘福

(1：韶關(guān)液壓件廠有限公司 廣東韶關(guān)512029；2：武漢科技大學(xué)機(jī)械自動化學(xué)院 湖北武漢430081)

1 前言

在軋機(jī)液壓系統(tǒng)中，其AGC缸是其主要的執(zhí)行元件，由于大型軋機(jī)AGC液壓缸承受載荷大、行程短、頻率高、在現(xiàn)代軋制設(shè)備中使用的越來越多，但是由于其工作環(huán)境惡劣、工作載荷變化頻繁，對執(zhí)行元件影響大，至使AGC缸時常發(fā)生故障[1-3]。AGC缸的性能直接影響軋制質(zhì)量[4]。一旦其AGC缸發(fā)生故障，不僅影響軋制的質(zhì)量，同時也會影響軋機(jī)系統(tǒng)的其他部件。因此，開展AGC液壓缸故障診斷，確保其軋機(jī)的正常工作是十分有意義的[5]。

本文以分析AGC液壓缸泄漏故障為研究對象，通過分析其液壓缸的閥芯開口度、無桿腔壓力、AGC缸位移、軋制力等參數(shù)。通過仿真調(diào)整泄漏量參數(shù)來觀察其無桿腔壓力信號的變化。為設(shè)計研究其AGC液壓缸的提供理論依據(jù)[6]。

2 軋機(jī)AGC液壓缸建模與特征值建立

2.1 軋機(jī)AGC液壓缸數(shù)據(jù)采集和模型的建立

AGC液壓缸有關(guān)信號數(shù)據(jù)采集工作對獲取AGC液壓缸的相關(guān)特性，了解AGC缸工作狀態(tài)有重要意義。大型軋機(jī)AGC液壓缸是重型設(shè)備，系統(tǒng)壓力可達(dá)35MPa，大型AGC液壓缸相關(guān)信號采集與普通液壓缸不盡相同。為獲取AGC液壓缸的真實參數(shù)并進(jìn)行量化，保障AGC缸工作可靠性，對軋機(jī)AGC液壓缸一般采集以下性能指標(biāo)數(shù)據(jù)：伺服閥閥芯開口度、有桿腔無桿腔壓力、AGC缸位移、軋制力。為此建立如圖模型對其相關(guān)性能進(jìn)行采集。

軋機(jī)AGC液壓缸傳感器安裝示意圖如圖1所示。通過相關(guān)的傳感器，來測量相關(guān)的性能參數(shù)。

圖1 軋機(jī)AGC液壓缸傳感器安裝示意圖

2.2 軋機(jī)AGC液壓缸相關(guān)信號的提取

在現(xiàn)代研究領(lǐng)域信號特征提取通用性好的是時域數(shù)字特征，既能用于平穩(wěn)信號也能用于非平穩(wěn)信號等。本文主要研究基于時域數(shù)字特征的特征提取方法。目前，對時域特征提取方法的研究主要是基于時域信號的各種定量描述。

2.3 時域數(shù)字特征的建立

(1)均方根值

均方根和均方根值用于描述信號的能量，信號的均方根值定義為：

(1)

(2)方差

(2)

φx無量綱,為該組平均值

(3)波形指標(biāo)

(3)

Sf無量綱，μx為信號的平均。

(4)峰值指標(biāo)Cf

(4)

Cf無量綱，max(x(t))為信號值，Ψχ(t)為均根。

(5)峭度指標(biāo)K

(5)

K無量綱。

(6)脈沖指標(biāo)I

(6)

3 測試數(shù)值的采集

3.1 AGC液壓缸性能參數(shù)的采集

結(jié)合圖1傳感器安裝示意圖，以某鋼廠為例，在大型軋機(jī)伺服壓下液壓缸的有桿腔和無桿腔油路分別設(shè)置壓力傳感器，采用HYDAC壓力傳感器來測量AGC缸壓力信號。在壓下缸的活塞上裝有SONYHA-705-LK907位移傳感器，測量缸體與活塞桿的相對位移信號。在AGC液壓缸與軋輥軸承座之間設(shè)置力傳感器，KELE矩形壓頭安裝在支撐輥下方來測量AGC液壓缸軋制力。其結(jié)果如圖2所示。

圖2 AGC缸位移曲線

圖2為6次軋制過程中的AGC缸位移曲線，AGC缸向下位移調(diào)整輥縫，控制板帶軋制厚度。圖3為軋機(jī)軋制力曲線，通過AGC缸為軋機(jī)軋制生產(chǎn)提供軋制力。圖4為伺服閥開口度曲線，伺服閥與軋機(jī)的AGC缸無桿腔連接，從而控制AGC缸無桿腔壓力。圖5為無桿腔壓力曲線，在咬鋼和拋鋼過程中，系統(tǒng)振動導(dǎo)致無桿腔壓力產(chǎn)生較大波動。上述信號的采集分析為軋機(jī)AGC液壓缸內(nèi)泄漏故障診斷的特征提取奠定基礎(chǔ)。

圖3 軋機(jī)軋制力曲線

圖4 伺服閥開口度曲線

圖5 AGC缸無桿腔壓力曲線

4 AGC缸內(nèi)泄漏故障模擬

4.1 不同泄漏量狀態(tài)下的模擬

AGC液壓缸由于密封件或缸筒內(nèi)表面的磨損，造成內(nèi)部泄漏，嚴(yán)重時，AGC缸不能工作，影響生產(chǎn)，所以對內(nèi)泄漏必須高度重視。

對AGC缸內(nèi)泄漏故障進(jìn)行模擬，分別得到正常狀態(tài)與故障狀態(tài)下的AGC缸軋制數(shù)據(jù)，正常數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)的結(jié)合提高了樣本的多樣性，可增加診斷網(wǎng)絡(luò)的泛化能力。本文以對AGC缸無桿腔壓力信號分析為例。三種狀態(tài)下的壓力曲線見圖6、圖7、圖8。

圖6 正常狀態(tài)下無桿腔壓力信號

圖7 輕微泄漏狀態(tài)下無桿腔壓力信號

圖8 嚴(yán)重泄漏狀態(tài)下無桿腔壓力信號

4.2 結(jié)果分析與討論

圖6—8，分別為AGC缸正常工作、輕微泄漏、嚴(yán)重泄漏三種狀態(tài)下的AGC缸無桿腔壓力曲線圖。其中圖7、圖8通過在仿真模型中調(diào)整內(nèi)泄漏參數(shù)獲得。從圖中可看出，隨著泄漏量增大，AGC缸無桿腔到達(dá)150bar的時間逐漸增加，分別是38.5s、46.7s、52.5s，系統(tǒng)響應(yīng)變慢。三種狀態(tài)下，無桿腔壓力的標(biāo)準(zhǔn)差分別為770.421、824.467、970.550，AGC缸無桿腔的壓力值隨內(nèi)泄漏故障程度增加，離散程度也逐漸增加。由于AGC系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)不斷在自動調(diào)節(jié)，在流量給定足夠的情況下，系統(tǒng)均能滿足工作壓力，且基本保持不變，所以AGC缸無桿腔壓力的趨勢基本相近。當(dāng)流量供給達(dá)到限制，無桿腔壓力的幅值才會隨著泄漏程度的增加而減小。

5 結(jié)論

(1)當(dāng)AGC缸內(nèi)泄漏量增大時，其無桿腔到達(dá)預(yù)定壓力值的時間也在增加，使系統(tǒng)的響應(yīng)時間變慢。

(2)AGC缸無桿腔的壓力值隨內(nèi)泄漏故障程度增加，離散程度也逐漸增加。

(3)如果系統(tǒng)能保持預(yù)定流量充足，其最后的AGC缸無桿腔壓力的趨勢基本相近。