伺服閥在型鋼生產線的應用與維護

張 戈，李發宏，杜 芳

型鋼軋機生產工藝成熟，設備自動化控制程度高。近期國內新投入的生產線也逐步融合了多項先進的冶金生產技術，在重點軋機區域內設計了大量的液壓伺服控制系統，它對現場的生產軋制、機電液設備的聯合自動化控制起到了核心控制作用。在液壓伺服系統中，伺服閥是故障頻發部位，伺服閥本身涉及到機、電、液多個方面，當伺服系統出現故障時判斷比較困難。本文就伺服閥在型鋼生產線的應用、維護與故障判斷作一講述。

1 型鋼軋線伺服控制系統

型鋼軋制生產線廣泛應用了伺服控制系統，在精軋機與矯直機液壓閥臺中安裝有大量的伺服閥。通過對主要部位調整缸進行精確的位置、壓力與速度的控制，可以準確實現軋件的自動厚度控制。這種采用液壓壓下的系統稱之為液壓AGC，它的功能是無論引起軋件厚度偏差及外來擾動因素如何變化，都能自動調整液壓缸的位置，確保軋件通過時工作輥縫不變化，從而使出口軋件厚度恒定，保證產品厚度達到性能指標要求。

在這套控制系統中，最核心的液壓元件是伺服閥。通常先導級為射流管閥，液壓功率級放大采用滑閥電液伺服閥。伺服閥輸出級采用了反饋機構，可以使伺服閥的輸出流量或輸出壓力獲得與輸入電氣控制信號成比例，將各種輸出參數轉化為位移，力或電信號反饋到第一級的輸入端，通過這種反饋，使得伺服閥本身成為一個閉環控制系統。通過對被控制量（壓力、流量等）進行檢測，液壓AGC系統按照偏差調節原理工作，偏差信號的方向和大小進行自動調整，最終確保系統按照最初設定的值進行保持與運行。

2 伺服閥的維護

在型鋼生產線上，由于軋制工藝、設備安裝、備件質量以及電氣控制系統設計等所限，導致伺服閥的故障率較高，給型鋼的穩定生產帶來了不利因素。通過對損壞的伺服閥進行分析，其主要損壞的原因為以下幾個方面。

2.1 油液的精度

伺服閥通常的損壞是由于油液污染造成的，伺服系統需要確保油液精度長久保持在10 μm的絕對過濾精度，這是保證液壓伺服系統可靠工作的關鍵指標。在條件允許的狀況下，油品清潔度越高，系統的工作壽命越長。將損壞的伺服閥拆檢后，從伺服閥的先導級濾芯可以直接判定此套液壓系統的油液清潔狀況。這需要現場維護人員對伺服系統制定完善的過濾和綜合的污染控制措施，周期性更換高壓、循環、回油及油箱入口濾芯，更換油箱頂部的空氣濾芯，依據伺服閥的運行狀況，替換并更換伺服閥的先導濾芯，以此確保伺服系統油液的清潔度在允許的范圍值內。

2.2 油液的溫度

液壓伺服系統中伺服閥的先導級一直常通高壓油液，自身在運行過程中導致了明顯的溫升。溫度過高會使液壓元件壽命降低；閥芯、閥套等元件的配合間隙變小，動作精度降低，而油溫變化幅度太大會導致伺服閥的零漂加大，影響系統的穩定性。伺服系統油液溫度的控制十分重要，一般確保油溫在35～50℃。在軋線維護作業中，通常加高液壓站油箱液位，提高油液的快速循環帶走其產生的熱量。在更換及維護設備后，及時排除元件及管路中空氣，避免液壓油中的氣泡被高壓油擊碎受到急劇壓縮而放出大量的熱量。針對冷卻系統不良的狀況，可以在夏季來臨前清理水濾芯并更換效果差的冷卻器，經過校核后將冷卻能力差的更換為散熱面積較大的冷卻器，現場具備安裝條件的可以增加1套循環冷卻系統。

2.3 電氣信號故障

在伺服系統中，電氣信號故障是導致伺服閥損壞的重要因素，損壞的電氣元件主要集中在內置電路放大板、伺服馬達、線路接頭等部位。在現場更換、維修、調試設備等過程中，由于伺服閥殼體密封老化、電源信號輸入級性接反、輸入信號超出額定值30%～50%、輸入的電流或電壓信號接錯以及輸入信號長時間頻繁異常閃爍、電焊作業未接地線等原因，導致伺服閥電路板被擊穿、電阻燒壞、伺服馬達損壞、電氣線路接線頭連電等。這需要現場加強電氣與維修人員的培訓工作，提高電氣維保的專業技能，在檢修作業過程中，協同不同工種、專業人員的相互配合，減少不規范作業導致的異常損壞。

2.4 外界環境侵蝕

型鋼軋機液壓閥臺位于軋件的附近，由于軋制時冷卻水四處噴濺，高溫輻射以及水汽覆蓋等導致伺服閥外部環境十分惡劣，對周邊采取可靠的隔離可以顯著提高電氣元件的使用壽命。伺服閥線纜可以使用一體式線纜，接頭處涂抹密封膠，由此可以減少1個接線接頭并提高防護等級。使用整體隔板將冷卻水與液壓閥臺進行隔離，并在靠近軋件附件安裝防水板減少軋制時的噴濺，減少伺服閥臺的整個外部環境的侵蝕。

2.5 調整缸與編碼器的設計與安裝

調整缸與編碼器的配合安裝對伺服系統的穩定性十分重要。如果編碼器異常，容易導致伺服閥頻繁調整或始終向一側調整，這需要維護人員對二者的結構、安裝進行綜合的優化設計，由此可以杜絕大量的故障。調整缸編碼器通常有外置式和內置式兩種安裝方式。外置式安裝由于損壞率高、精度差、容易碰砸等缺點，通常被設計成故障停機的備用設備，在正常軋鋼時通常采用內置式安裝。內置式編碼器分為活塞桿固定安裝與油缸底座安裝，活塞桿固定安裝方式無法避免大量的水汽與液壓油排出，容易導致編碼器損壞，而油缸底座安裝方式可以杜絕此類故障，它的缺點是需要在更換油缸時將編碼器提前安裝到位，在編碼器損壞后需要更換的時間較長。較為普遍的安裝方式是與外置式編碼器相結合，可以實現二者的優勢互補。

2.6 蓄能器系統完好

型鋼軋機的蓄能系統非常完善，每個水平輥調整缸均有蓄能器組。在軋鋼過程中，調整缸依據工藝要求始終保持在精確位置。在每一道次軋件通過后，需要調整缸在短時間內快速調整到下一個位置，這就需要蓄能系統的快速響應。當軋機蓄能系統缺失或功能減弱后，會導致調整缸動作響應減慢、伺服閥頻繁調整、軋機平衡建立困難、伺服系統頻繁報警、液壓站系統壓力波動大，從而造成軋制側彎、翹頭等產品質量異議。在設備維護過程中需要周期檢測并補充蓄能器壓力至要求范圍，在軋機的主管路上增加蓄能器組，重新優化設計平衡系統的蓄能器容積，以此快速提高軋機各個調整、平衡缸調整響應時間。

3 伺服閥的故障判斷

3.1 伺服閥線上檢測

在型鋼軋制過程中，伺服閥出現不動作及調整缸速度慢等故障時，可以使用專用的伺服閥測試儀器進行故障判斷。將測試儀器串聯到信號線纜和伺服閥中間，通過它模擬PLC的控制信號或自身發出要求信號來追蹤伺服閥閥芯的實際位置，以此來判斷伺服閥的性能好壞。通常型鋼軋機伺服閥均為兩套，1用1備，最簡單、快捷的辦法是通過比較兩個伺服閥調整時的速度來確定伺服閥的好壞。

3.2 伺服閥線下維修

當在線測試伺服閥損壞或性能降低后，可以拆下安裝到專門的伺服閥測試實驗臺進行伺服閥性能測試和失效評價，利用測試裝置的動力源和控制系統，方便地構成閉環位置、速度和力模擬系統，完成伺服/比例閥件空載流量特性、負載流量特性、壓力增益、內泄漏特性的檢測。如果伺服閥出現零漂現象，可以在實驗臺進行參數調整工作，出具伺服閥的空載流量特性曲線、壓力-流量特性圖、壓力增益特性圖，與新伺服閥的曲線圖進行對照，從而對伺服閥的綜合性能進行判斷。如伺服閥不動作可以由專業人員將其拆解，檢查伺服閥先導濾芯是否堵塞，線路板電阻是否損壞，噴嘴擋板連接桿是否斷裂，射流管接受孔是否堵塞，伺服閥芯動作是否順利等。大量的伺服閥故障為先導濾芯堵塞，在更換了濾芯后可以在試驗臺上再次進行檢測，如故障依舊無法排除需要送至專業伺服閥廠家進行維修。

4 結語

伺服閥在型鋼生產線上發揮著重要的作用，通過應用提高了軋機系統響應頻率和軋制的效率。由于伺服閥的機電液集成度高，如故障判斷不當容易造成伺服閥件的異常損耗，這需要型鋼產線做好設備的維護和故障診斷工作，相應的提高現場維護人員的技術水平，對相應故障頻發點進行技術改造，從而降低伺服系統的故障，確保生產的順行。