連軋主機(jī)液壓伺服系統(tǒng)的故障分析與排除

蘇小銘，劉金盛

（天津鋼管集團(tuán)軋管一部，天津300050）

連軋主機(jī)液壓伺服系統(tǒng)的故障分析與排除

蘇小銘，劉金盛

（天津鋼管集團(tuán)軋管一部，天津300050）

針對(duì)天津鋼管公司258機(jī)組連軋主機(jī)液壓伺服系統(tǒng)中伺服閥、快開閥及鎖緊閥故障，詳細(xì)分析了其產(chǎn)生原因。通過在電氣、油品、維護(hù)操作方面采取相應(yīng)措施，排除了3種液壓閥故障，降低了故障率，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

連軋主機(jī)；液壓伺服系統(tǒng)；故障；分析；排除

1 引言

液壓伺服系統(tǒng)是提供動(dòng)力軋制力最關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備，是精軋軋輥壓下動(dòng)力的主要控制來源，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到熱軋管產(chǎn)品質(zhì)量，由于液壓伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)軋機(jī)剛度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，這樣不僅可以做到軋制過程中的實(shí)際輥縫值保持不變，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際軋制厚度的不變。2013年10月開始，突然陸續(xù)出現(xiàn)多次因液壓伺服系統(tǒng)故障，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)共發(fā)生6次伺服閥故障，6次快開閥故障，2次鎖緊閥故障。由于故障涉及電氣和機(jī)械兩大部分，排除起來比較困難，嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)率的提高。

圖1 液壓伺服系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)圖

2 液壓伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介

258連軋廠的軋機(jī)每套機(jī)架有3個(gè)軋輥，軋制機(jī)架的每個(gè)軋輥由單獨(dú)的伺服油缸控制，同時(shí)每個(gè)伺服油缸都是采用液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制（控制原理如圖1所示），可實(shí)現(xiàn)單個(gè)軋輥位置調(diào)整。

由此可以看出液壓伺服系統(tǒng)在連軋機(jī)組的重要作用，現(xiàn)將簡(jiǎn)單介紹液壓伺服系統(tǒng)的工作原理[1]壓下裝置由位移傳感器、伺服缸和液壓伺服系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)通過伺服閥對(duì)伺服缸的流量和壓力的調(diào)節(jié)來控制伺服缸上、下的動(dòng)作行程來調(diào)節(jié)軋輥輥縫值，然后連續(xù)調(diào)整伺服缸的位移、軋制壓力等，從而控制鋼管的壁厚。

伺服閥是伺服控制系統(tǒng)中的重要元件，是伺服系統(tǒng)中將電信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換成功率較大的壓力或者流量信號(hào)輸出的執(zhí)行元件。本廠液壓伺服系統(tǒng)是采用美國穆格D791系列電液伺服閥，它由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。

先導(dǎo)閥是一個(gè)雙噴嘴擋板閥（結(jié)構(gòu)見圖2），其工作原理[2]：力矩電動(dòng)機(jī)在線圈中通入電流后產(chǎn)生扭矩，使彈簧管上的擋板在兩噴油嘴間移動(dòng)，即當(dāng)擋板向右移近噴嘴時(shí)，就在閥芯兩端面上產(chǎn)生壓力差從而推動(dòng)閥芯左移，使供油口與左側(cè)控制口相通，回油口與右側(cè)控制口相通。閥芯左移的同時(shí)，通過反饋彈簧桿對(duì)力矩馬達(dá)產(chǎn)生的力矩和擋板的位移進(jìn)行負(fù)反饋[3]。因此閥芯的位移量就能精確地跟隨電流的大小和方向而變化，從而控制通向液壓執(zhí)行元件的流量和壓力，先導(dǎo)閥是該伺服閥控制的關(guān)鍵部位，也是最容易出現(xiàn)故障的部位[4]。

圖2 MOOG先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 液壓伺服系統(tǒng)故障判定及排除

由于液壓伺服控制系統(tǒng)外方設(shè)計(jì)時(shí)自帶EB系統(tǒng)（曲線記錄），可以對(duì)伺服缸的位置、電液伺服閥的給定和反饋值、壓力信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦發(fā)生故障，可以調(diào)取曲線進(jìn)行對(duì)比分析。通過一些故障的分析，總結(jié)出主要有3種液壓閥故障，分別是伺服閥故障、快開閥故障、鎖緊閥故障，為及時(shí)解決設(shè)備故障，減少故障處理時(shí)間，現(xiàn)將重點(diǎn)介紹這些故障的判斷和排除方法。

3.1 伺服閥故障

3.1.1 故障現(xiàn)象

從圖3中可以看出，S3 C2伺服閥的SVREF（伺服閥給定信號(hào)曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號(hào)曲線）出現(xiàn)偏差，雖然偏差數(shù)值不算大，但是已經(jīng)影響伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度，說明伺服閥精度已經(jīng)出現(xiàn)偏差或?qū)l(fā)生故障，需要及時(shí)更換。而已經(jīng)發(fā)生故障的伺服閥曲線偏差尤其明顯，如圖4中所示，S3 C1伺服閥的SVREF（伺服閥給定信號(hào)曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號(hào)曲線）出現(xiàn)較大偏差，即伺服閥的給定信號(hào)由100%降至0%時(shí)反饋信號(hào)曲線卻一直維持在100%，無法正常回到0%，可以判斷伺服閥已經(jīng)發(fā)生故障。因此，我們可以通過對(duì)比伺服閥的給定信號(hào)曲線和反饋信號(hào)曲線圖形的方法來判斷伺服閥是否存在故障。

圖3 伺服閥故障分析圖

圖4 伺服閥曲線偏差圖

3.1.2 故障分析

（1）主閥線路板燒壞

故障原因有如下3種：電源輸入極性接反；線路板密封受損，造成泄漏、破壞絕緣；輸入信號(hào)與電壓超過額定值的25%。以上3種情形任何一種都可能導(dǎo)致線路板燒壞。

（2）先導(dǎo)閥濾芯堵塞，力矩電動(dòng)機(jī)的銜鐵被污染物卡住

故障原因：先導(dǎo)閥控制油受污染，污染物堵塞濾芯，部分污染物通過濾芯卡住銜鐵，先導(dǎo)閥的動(dòng)作受阻，系統(tǒng)無法正常響應(yīng)。

（3）先導(dǎo)閥的零偏過大，力矩馬達(dá)球頭磨損

故障原因：油液受污染后，徑向閥芯磨損，泄漏量逐漸增大，零偏增大；力矩馬達(dá)球頭磨損，伺服閥性能下降，零區(qū)不穩(wěn)、零漂較大，系統(tǒng)逐漸不穩(wěn)定，甚至引起震蕩。

（4）先導(dǎo)閥力矩馬達(dá)蓋受損，負(fù)向的流量磁振

故障原因：力矩馬達(dá)蓋受損是油液受污染后，污染物沖擊造成的；產(chǎn)生負(fù)向的流量磁振，可能是伺服閥附近有強(qiáng)磁場(chǎng)（如大電機(jī)）或先導(dǎo)閥有錯(cuò)誤信號(hào)造成的。

3.2 快開閥故障

3.2.1 故障現(xiàn)象

從圖5中可以看出，S3 C1伺服閥的SVREF（伺服閥給定信號(hào)曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號(hào)曲線）都已經(jīng)到了正給定最大值100%，曲線也基本一致，說明伺服閥工作正常。從伺服缸位置信號(hào)曲線可以看出，伺服缸位置不但未伸出，反而一直在減小（退回），從有桿腔壓力信號(hào)曲線可以看出壓力雖有波動(dòng)但是幅度非常小，基本正常，而無桿腔的壓力信號(hào)曲線可以看出壓力一直在減小，說明液壓系統(tǒng)應(yīng)該存在卸荷，而根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖可判斷，唯一會(huì)產(chǎn)生卸荷的閥就是快開閥，因此可以判斷快開閥存在故障。

圖5 快開閥故障分析圖

3.2.2 故障分析

（1）先導(dǎo)閥控制油孔被污染物堵塞

故障原因：先導(dǎo)閥控制油受污染，主閥打開時(shí)污染物將控制油孔堵塞（解體后發(fā)現(xiàn)堵塞物為氧化鐵皮小顆粒，主要還是更換），造成主閥芯打開后無法關(guān)閉。

（2）先導(dǎo)閥電磁鐵或閥頭損壞

故障原因：由周圍環(huán)境和工礦條件差、潮濕，產(chǎn)生短路，造成電磁鐵或閥頭損壞。

（3）主閥芯被污染物卡住

故障原因：快開閥打開時(shí)，片狀污染物卡在主閥芯與排油口處，造成快開閥主閥芯無法正常關(guān)閉（解體后排查發(fā)現(xiàn)，片狀污染物為伺服缸活塞上的導(dǎo)襯開裂后碎片），長(zhǎng)期處于卸荷狀態(tài)。

3.3 鎖緊閥故障現(xiàn)象

3.3.1 故障現(xiàn)象

從圖6中可以看出，S3 C1伺服閥的SVRE（伺服閥給定信號(hào)曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號(hào)曲線）都已經(jīng)到了正給定最大值100%，曲線也基本一致，說明伺服閥工作正常。從伺服缸位置信號(hào)曲線可以看出，伺服缸位置伸出部分后位置保持不動(dòng)，從有桿腔壓力信號(hào)曲線可以看出壓力雖有波動(dòng)但是幅度非常小，同運(yùn)行正常S3 C2和S3 C3壓力曲線趨勢(shì)基本吻合，可以看出有桿腔壓力正常而無桿腔的壓力信號(hào)曲線可以看出壓力變化很小說明液壓系統(tǒng)無桿腔無法建立壓力。初步判斷可能有3種情況：一是鎖緊閥壞，二是液控單向閥壞，三是快開閥壞，而根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行測(cè)壓排查，發(fā)現(xiàn)鎖緊閥后控制油測(cè)壓點(diǎn)壓力為零（正常應(yīng)為21 MPa左右），可以判斷為鎖緊閥壞。

圖6 鎖緊閥故障分析圖

3.3.2 故障分析

（1）鎖緊閥節(jié)流油孔被污染物堵塞

故障原因：鎖緊閥1.2 mm節(jié)流油孔被污染物堵塞，系統(tǒng)控制油（21 MPa）無法正常供給，液控單向閥無法打開，系統(tǒng)無法正常工作。

（2）鎖緊閥電磁鐵或閥頭損壞

故障原因：由周圍環(huán)境和工礦條件差、潮濕，產(chǎn)生短路造成電磁鐵或閥頭損壞。

4 液壓伺服系統(tǒng)故障預(yù)防措施

針對(duì)以上故障原因，主要采取以下技術(shù)措施：

4.1 電氣方面的技術(shù)措施

定期檢查電氣信號(hào)，緊固接線端子，防止松動(dòng)，檢查連線，防止接觸不良；在伺服閥塊上加裝鋼質(zhì)方形罩，屏蔽干擾信號(hào)和防止水汽影響；在生長(zhǎng)過程中，嚴(yán)禁在伺服閥附近進(jìn)行電焊作業(yè)，以免產(chǎn)生干擾；伺服閥遠(yuǎn)離各自電機(jī)、強(qiáng)磁場(chǎng)等干擾，電纜連接采用屏蔽電纜。

4.2 油品方面的技術(shù)措施

定期對(duì)油箱油液和控制油液取樣化驗(yàn)各項(xiàng)理化指標(biāo)（粘度、含水量、清潔度）；定期更換伺服閥臺(tái)上控制油濾芯，放掉過濾器中的存油；給液壓系統(tǒng)加新油，必須用到精密過濾器的加油小車，將新油先加入備用油箱內(nèi)，經(jīng)循環(huán)過濾后，化驗(yàn)油液清潔度，直到達(dá)到NAS 5級(jí)后，再將合格的新油導(dǎo)入在用油箱。

4.3 維護(hù)操作方面的技術(shù)措施

液壓閥尤其是伺服閥是精密產(chǎn)品，精度極高，對(duì)污染十分敏感，在拆卸舊閥前應(yīng)用無紡布將周圍仔細(xì)清潔干凈，更換新閥的過程中，施工人員不準(zhǔn)穿戴臟手套或用臟手，以免污染新閥；在日常維護(hù)管理時(shí)，定期清潔軋機(jī)上伺服閥臺(tái)，保持伺服閥和閥塊的清潔。

5 結(jié)束語

2014年4月開始采取以上措施，加強(qiáng)了對(duì)軋機(jī)液壓伺服系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)，有效地預(yù)防故障發(fā)生的頻次，2014-04—10期間，只發(fā)生3次伺服閥故障，3次快開閥故障，0次鎖緊閥故障，比2013 10—2014-03期間（6次伺服閥故障，6次快開閥故障，2次鎖緊閥故障）的故障率降低了一半，使用壽命延長(zhǎng)了1倍。

[1]路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002 56-70.

[2]路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]邢鴻雁,張磊.實(shí)用液壓技術(shù)300題[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2009：103-152.

Analysis and Elim ination of Fault at Hydraulic Servo System of Tandem Rolling M ain Housing

SU Xiao-ming and LIU Jin-sheng
(Pipe Rolling Division 1,Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300050,China)

Aiming at faults at servo valve,quick opening valve and locking valve at the hydraulic servo system of 258 tandem rolling main housing of Tianjin Pipe Corporation,the author expound the causes.The faults from three kinds of hydraulic valves were eliminated by means of relevant measures in aspects of electrics,oil and maintenance and operation.Fault rate was lowered and equipment service life prolonged. Stable and smooth production was ensured.

tandem rolling main housing;hydraulic servo system;fault;analysis;elimination

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.05.011

2016-05-22

2016-06-09

蘇小銘（1979—），男，本科，工程師，主要從事冶金設(shè)備的技術(shù)管理工作。