AGC液壓系統故障分析

摘要：通過對板帶軋機AGC液壓系統基本原理的介紹，結合現場設備使用維護中常見故障的處理經驗，對AGC液壓系統故障產生的原因進行分析，并提出相應的處置措施，以此來幫助技術人員在故障發生時進行快速判斷和處理。

關鍵詞：AGC液壓系統；故障分析；故障處理

中圖分類號：TF31 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）20-0062-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.20.014

0 引言

馬鋼冷軋廠酸軋生產線軋機由日本三菱設計制造，由四個機架組成，依靠分布在機架兩側的壓上缸實現對帶鋼的厚度控制，其中AGC液壓控制系統是其核心組成部分。近年來，軋機液壓系統故障頻發，影響生產效率，如何快速分析并處理故障，提高產線運行穩定性顯得尤為重要。

1 AGC液壓系統原理

AGC液壓系統是一個閉環控制系統，主要由放大器、伺服閥、液壓缸和位移傳感器組成[1]，如圖1所示。這些組件協同工作，通過伺服閥對液壓缸的流量進行精確調節，從而控制液壓缸的上下移動行程，以此來實現對軋輥輥縫值的調節。

圖2所示為液壓系統原理圖，其控制方式主要分為兩類：1）軋制模式：高壓油（20.6 MPa）經過先導電液換向閥、伺服閥進入液壓缸無桿腔，而有桿腔壓力則由一組二級減壓閥控制在3 MPa，輔以小容量蓄能器穩壓，進而實現對液壓缸的高精度、穩定控制。2）旁通模式：低壓油（6.9 MPa）由液壓站葉片泵提供，通過兩組大通徑電液換向閥實現對液壓缸的大流量供給，從而在軋機更換軋輥時能夠快速響應。

2 常見故障分析與處理

2.1 液壓缸位置超差

即液壓缸給定位置與實際反饋位置不符，差值超出報警值（5 mm）。以生產線曾發生的故障為例進行分析：查看PDA曲線（圖3），表現為液壓缸反饋位置偏離給定位置呈持續上升或持續下降的狀態，此現象多為伺服閥卡阻引起，由于閥芯卡死時所處位置不同[2]，會造成系統持續給液壓缸無桿腔供油或持續回油，從而產生液壓缸持續上升或持續下降的情況。

通過對下線故障閥進行測試，根據流量特性曲線（圖4），在給定電流信號-5～+5 A區間內，流量一直保持在28.8 L/min左右，說明閥芯開口度一直沒有變化。

對伺服閥進行拆解檢查，發現閥芯凸肩存在由顆粒物引起的劃傷，如圖5所示。

分別在系統油箱、液壓泵出口、伺服閥前、伺服閥后進行油品取樣分析，檢測結果如表1所示。

從表1可以看到，伺服閥前油品污染度達NAS11級，超出伺服閥污染度使用要求（NAS7級），而油箱油品檢測結果正常，由此可見，顆粒物產生于液壓泵至伺服閥段，而該段回路中的顆粒物多為液壓泵磨損產生，如果設置在泵出口以及伺服閥前的過濾器未能有效過濾，便會導致顆粒物進入伺服閥，造成卡阻。

處理措施如下：1）檢查液壓泵運行狀態，及時更換存在異常磨損的液壓泵。2）定期對伺服閥前油品進行檢測。3）根據油品檢測結果，對液壓泵出口和伺服閥前的濾芯制定合理的更換周期。

2.2 壓力低報警

軋機液壓系統高壓調定在20.6 MPa，當壓力低于報警值15.7 MPa超3 s時便會觸發低壓報警，如圖6所示。

事故案例：某日軋機在檢修結束后恢復生產的過程中，出現液壓高壓系統壓力低報警，隨后維護人員從液壓站至各個閥臺逐一進行排查，通過聽聲音及觸摸管路的方法發現F3機架主閥臺回油管存在大流量內泄，隨即對該閥臺各元件進行檢查，發現卸荷閥未關閉到位，如圖7所示，導致流量損失，引起系統壓降，將該閥門擰緊到位后，壓力恢復正常。

由在線液壓泵的流量-壓力特性曲線（圖8）可以看到，當系統輸出流量大于150 L/min時，液壓泵的輸出壓力會隨著流量的增加而降低，從而引發報警。結合現場常見故障現象，主要分為持續低壓報警和瞬時低壓報警兩種情況。

2.2.1 持續低壓報警

即系統壓力一直低于設定壓力，此類故障原因很多，如壓力傳感器故障、液壓泵故障、系統存在外泄漏、液壓閥溢流、液壓缸內泄等等，需結合實際情況按照從外到內（外：可以直接觀測和聽到的設備狀態；內：需通過觸摸、測溫、測壓的方法才能檢測的設備狀態）、從動力源到執行元件的順序逐一檢查判斷：

1）檢查機械壓力表示值，如果機械壓力表顯示正常，則可能是傳感器連接管路松動、堵塞，或者傳感器本身故障。

2）檢查液壓泵運行狀態，是否存在振動、異響、漏油等情況。

3）檢查油箱液位是否正常，檢查系統回路是否存在外泄漏。

4）應檢查泵出口溢流閥、蓄能器的卸荷閥和溢流閥以及閥臺的溢流閥等是否存在異常內泄，可以通過聽聲音、觸摸泄漏油管路、測溫等方法判斷，也可以通過逐個關閉閥臺、閥組來鎖定內泄回路[3]。

5）檢查液壓缸是否內泄，可以通過檢查液壓缸伸縮位置是否正常、液壓缸設定壓力是否正常以及連接液壓缸的進出口管路是否存在異常循環油液來進行判斷。

2.2.2 瞬時低壓報警

即系統在正常運行狀態下，當執行某些動作時，出現壓力降低的情況，但當動作結束或短暫的3～5 s后，系統又恢復到正常壓力。該種情況主要有兩個原因：1）流量供給不及時，應檢查液壓泵工作狀態以及蓄能器充氮壓力是否正常。2）該動作回路存在泄漏，應檢查液壓缸是否內泄、溢流閥是否存在異常泄漏。

2.3 軋機振動

故障案例：某日軋機在正常生產過程中，F4機架出現高頻振動，維護人員通過檢查發現F4機架壓上缸AGC閥臺管路存在振動，且背壓壓力表處于高頻擺動狀態，隨后對控制背壓的減壓閥進行調整，之后振動消除。

軋機AGC控制系統是一個復雜的機電液結合的閉環控制系統，如圖9所示，包含液壓控制系統、電氣控制程序、液壓缸位置反饋系統、軋輥傳動系統。振動成因復雜，應結合實際情況分類排查。

2.3.1 液壓控制系統

1）檢查系統壓力是否穩定，保證AGC閥臺的供油壓力以及液壓缸背壓穩定在設定壓力，若存在壓力波動，應及時檢查系統中的蓄能器狀態以及系統中是否存在內泄，如圖10所示。

2）檢查伺服閥和液壓缸工作狀態，保證其動態響應的穩定性，如伺服閥內泄大、伺服閥對中彈簧剛度變化、液壓缸內泄、液壓缸內壁損傷等都將影響系統穩定性。

2.3.2 電氣控制系統

在電氣控制系統中，應檢查PID設定參數是否合理，積分環節設置不佳會引起系統超調振蕩，所以應結合實際情況對PID進行檢查調整來保證系統穩定性。

2.3.3 液壓缸位置反饋系統

在AGC控制系統中，液壓缸位置傳感器作為閉環控制中的一環，它所反饋的數據的穩定性也將直接影響系統的穩定性，所以保證傳感器的工作狀態尤為重要，當傳感器值出現尖峰值、位置變化斜率快等異常現象時，應及時檢查更換傳感器。

2.3.4 軋輥傳動系統

軋輥傳動系統不穩定也是導致軋機振動的重要原因之一，如軋輥轉動不平衡、軋制速度波動等都會引起軋機振動[4]。針對軋輥轉動不平衡的問題可以通過提高制造精度和安裝精度的方法來減少振動；而對于軋制速度波動，可通過提高電機控制系統的穩定性和響應速度來減少電機速度波動對軋制速度的影響。

3 日常維護保養

液壓系統故障產生的原因大多是基礎維護不到位，所以應加強人員對設備的日常維護保養，以預防為主，才能降低設備故障率。

故制定以下措施[5]：1）定期對系統內的各個傳感器進行檢查和校準，確保其準確性和穩定性；2）定期檢測油品狀態，并制定相應的濾芯更換周期，保證油品清潔度；3）定期檢查液壓管路連接件、密封等部件，對于損壞的部件及時更換，定期對管夾進行緊固，減少因松動引發的泄漏；4）加強對液壓泵、液壓缸和伺服閥的維護和保養，及時更換損壞的部件；5）定期對液壓系統蓄能器充氮壓力進行檢查，使其處于正常工作狀態；6）加強對AGC控制系統的監控和調試，確保其各項設定參數、設備精度處于正常范圍。

4 結束語

本文通過對軋機AGC液壓系統原理的闡釋，結合現場故障處理和維護經驗，對常見故障原因的產生機理進行研究，并提出了相應的處理措施和建議，這些措施和建議可以幫助我們更加快速地判斷和處理軋機液壓系統故障，以及在日常工作中更具針對性地對設備進行維護，從而提高生產線的穩定性。由于軋機AGC系統涉及專業眾多，控制原理復雜，液壓故障類別多樣，還需在今后的工作實踐中繼續深入研究，不斷積累經驗，提高設備維護技術水平。

[參考文獻]

[1] 王春行.液壓控制系統[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2] 楊文海，王秉林，楊文香.包鋼寬厚板AGC液壓系統及故障診斷[J].包鋼科技，2020，46（6）：65-69.

[3] 尉文清，張樹軍.液壓AGC的故障判斷與消除[J].設備管理與維修，2008（2）：22-23.

[4] 張飛.軋機振動及其耦合效應研究[D].重慶：重慶大學，2014.

[5] 吳鵬，楊文志.液壓傳動系統的運作原理和常見故障處理及維護[J].機電信息，2010（18）：53-54.

收稿日期：2024-06-11

作者簡介：楊躍武（1994—），男，安徽人，工程師，從事冶金行業液壓設備管理和技術研究工作。