軋機用AGC液壓缸測試系統探究

軋機用AGC液壓缸測試系統探究

李壘

(中色科技股份有限公司, 河南 洛陽471039)

摘要：介紹了AGC伺服油缸設計和生產的技術要求,建立測試平臺,對伺服油缸靜態和動態指標進行測試.測試過程中,采用對稱布置的雙位移傳感器結構,二級高精度伺服閥,控制系統采用位置閉環和壓力閉環控制.測試后,得到了活塞腔保壓壓力及活塞桿位置隨時間變化的關系.AGC油缸的階躍響應、頻率響應特性.油缸的啟動摩擦力、動摩擦力特性及活塞桿的偏擺特性.經過測試的AGC油缸已經應用到實際生產中,效果良好.

關鍵詞：AGC油缸; 摩擦力; 動靜態指標; 閉環控制

收稿日期：2015-02-03

作者簡介：李壘(1985—),男,助理工程師,主要從事有色金屬加工設備設計及調試. E-mail: neujx@sohu.com

中圖分類號：TH 137.51

文獻標志碼：A

Abstract：Pointing out technical requirement of AGC Cylinder and building the experiment platform.Each static indicator is completed.using two displacement pickup that are fixed up symmetrically and two grade high precision servo valve.Using closed loop position and pressure closed-loop control system.Each dynamic indicator is completed.After testing we find the relationship between the dwell pressure in piston chamber and the position of piston rod and time.Step response and Frequency response of AGC cylinder.The characteristic of starting and dynamic friction force.The bias characteristic of piston rod.The AGC cylinder detected has been applied in Production,the effect is good.

Keywords：AGC cylinder; friction; static indicator and dynamic indicator; close-cycle control

Research on AGC Cylinder Test System of Rolling-millLI Lei

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

0引言

隨著冶金軋制設備制造水平的提高,為保證整機軋制力,對AGC伺服液壓缸的質量控制及其性能測試提出了更高的要求,各項性能指標的好壞直接影響厚控系統的可靠性,進而影響產品質量.AGC油缸具有軋制力大、頻率響應高和結構復雜的特點.生產現場一旦出現問題,處理難度大,影響正常生產,因而在調試之前的出廠測試十分重要.本文根據軋機中AGC液壓缸的使用需求,參考國家和行業相關液壓缸測試標準,針對伺服液壓缸測試系統,提出了測試平臺的搭建、各項性能指標的測試方法.為設備制造廠家提供了一定的驗收方法和準則.

1軋機用AGC油缸技術要求

參考國家相關規定[1]和行業標準,AGC油缸在生產及裝配中一般遵循的技術要求如下:

(1) 裝配中按照JB/ZQ 4000.9—1986《裝配通用技術條件》的有關規定執行;

(2) 裝配前各零件清洗干凈,將各加工通道內的殘留鐵屑除盡,嚴禁鐵屑等污物進入油缸內;

(3) 油缸裝配時應嚴格按照規程進行,不得損傷密封環,缸體與活塞表面不得有劃痕,裝配油缸時,油缸內部不準抹甘油,可用清潔度為NAS8級的32#液壓油潤滑;

(4) 缸套與缸體之間的連接螺釘預緊力均勻;

(5) 組裝完成后對油缸進行測試,測試前應盡量排盡油缸內空氣,在油缸的設計壓力1.25～1.5倍的試驗壓力下進行油缸的外漏測試,然后進行低速運行試驗壓力及摩擦力測試,試驗用油清潔度為NAS7級;

(6) 在工作行程內活塞桿的偏擺不大于±0.2 mm;

(7) 活塞運行要平穩,無卡碰及爬行現象,在不受偏載的情況下油缸摩擦力不大于油缸總推力的4‰;

(8) 裝配完畢及測試后,應該用絲堵堵上所有孔口,防止油缸內受污染.

2測試平臺搭建

根據測試需要搭建AGC伺服油缸的測試平臺.平臺主要有液壓泵站、伺服閥臺、測試油缸及機架[2]、提升油缸閥臺.泵站主泵采用PV063恒壓變量泵,采用FF106A系列伺服閥.測試平臺液壓原理如圖1所示.

3AGC油缸指標測試

3.1　靜態指標測試

3.1.1　試運行

AGC油缸裝配的成品要進行無負載情況下的跑合測試,進行全行程往復低速運動,排盡缸內空氣直至運動平穩、無爬行現象.在此項測試過程中,及時檢查是否有外部泄漏、振動和爬行等異常現象.

3.1.2　外泄漏

被測試AGC油缸加載至試驗壓力,觀察進出油口、放氣裝置、桿密封及各結合面處等.檢測標準為無泄露,且機械結構無明顯變形或損壞.

3.1.3　內泄漏

調節系統壓力至1.5倍額定壓力,對油缸實行不同壓力保壓10 min,觀察各級保壓下的壓降;在各個壓力下的壓降要<1 MPa.

3.1.4　行程檢查

被測試油缸的活塞桿處在全部伸出和全部收縮位置,測量其全程長度,測量標準為圖紙要求的行程.

3.1.5　耐壓試驗

對被測試液壓缸加壓試驗壓力,保壓10 min觀察各零件是否有異常現象,試驗壓力為設計壓力的1.5倍.測試期間不得有破壞、永久變形及裂紋等異常情況出現.

3.1.6　保壓試驗

通過伺服閥控制,使被測試液壓缸的活塞腔壓力達到設定壓力.將活塞桿腔壓力去掉,采用將桿腔的油路切斷的方法,使AGC油缸的桿腔與大氣相通,保證活塞桿腔壓力為0.活塞桿腔壓力p與保壓時間t的關系如圖2所示.活塞桿的位移y與保壓時間t的關系如圖3所示.

圖2和圖3中:

Δp=(p-p1)≤Δp要求

(1)

Δy=(y-y1)≤Δy要求

(2)

3.1.7　清潔度測試

反復沖洗液壓缸,在線監測沖洗液的污染程度,參考標準是清潔度達到NAS6.

3.2　動態性能測試

圖4為AGC油缸動態性能測試結構圖,其中被測試油缸和提升油缸用測壓計連接,提升油缸縮回到最低位置時,被測試油缸開始加載,至測試壓力后,系統控制柜Wincc控制系統發出正弦信號,通過控制伺服閥的伺服放大器,然后處理成測試曲線.在此過程中伺服油缸活塞桿有一定的偏擺量,為減少這種偏擺造成的影響,在油缸的兩側對稱布置兩個一樣的位移傳感器,在活塞桿運行中采樣計算兩個位移傳感器的差值,取最大值.被測試AGC油缸由流量大、精度高的二級射流管式電反饋電液伺服閥(FF106A系列)驅動,為了防止在測試過程中發生碰撞油缸現象,系統中設置了可變增益的位置閉環控制程序[3].

3.3　摩擦力測試

油缸摩擦力包括動摩擦和靜摩擦(主要指啟動摩擦力),油缸摩擦力的大小至關重要,特別是在啟動階段,影響AGC油缸的低速性能及穩態精度,通常要用特殊的密封材料及特殊溝槽設計加工等措施來降低摩擦力的影響.在AGC系統中,通常還要采用改變伺服系統增益等措施來校正減弱摩擦力帶來的不利影響.因此,知道AGC油缸的摩擦力大小及變化規律很重要,現在根據AGC厚度調節系統的實際控制,得到油缸的摩擦力允許值應為最大軋制力的2‰～4‰.

3.3.1　啟動摩擦力測定

測試平臺使用直接啟動壓差法測定摩擦力.利用伺服閥給定的精確壓力控制AGC油缸從靜止狀態到開始運動瞬間,借助油缸活塞腔的壓力傳感器測出活塞從“靜止”到“非靜止”瞬時的壓力,得到的壓力數據經過工控機的計算,從Wincc監控界面上繪制出啟動摩擦力的壓力曲線.

3.3.2　動摩擦力的測定

測試過程中除了被測試AGC油缸,配對使用的還有一個小壓力提升油缸,提升油缸能夠上升或下降,配合測壓計使用,在動摩擦力測試中對被測AGC油缸進行緩慢加載,此種方法相比普通油缸的動摩擦力測試精度更高.在動摩擦測試加載過程中,采用壓力閉環和位置閉環控制系統,此系統由壓力傳感器、位移傳感器、伺服閥FF106A和伺服閥放大板等元件組成,實現對被測試AGC油缸塞腔油壓的精確輸入,保障整個動摩擦測試的完成.

動摩擦力的計算公式:

AGC油缸上升過程中,

F1-mg-f=0

(3)

AGC油缸縮回過程中,

F2-mg+f=0

(4)

聯立式(3)和式(4)得到動摩擦力,

(5)

式中:F1為油缸上升時塞腔壓力傳感器壓力;F2為油缸縮回時塞腔壓力傳感器壓力;m為油缸活塞和活塞桿質量;f為活塞動摩擦力.

動摩擦力的測試結構如圖5所示.

4實例測試結果

該測試系統已經測試過多個軋機用AGC油缸,圖6為國內某鋁加工廠1 550 mm冷軋機AGC油缸的測試現場及實測數據.油缸參數為缸體直徑540 mm,活塞桿直徑400 mm,最大行程80 mm,最大軋制力750 t,活塞桿腔壓力2 MPa,工作腔壓力18 MPa.測試結果是階躍響應時間22 ms.頻率響應中幅頻寬11.42 Hz,相頻寬9.08 Hz.啟動摩擦力0.45 MPa,動摩擦力1.49 MPa,位移傳感器偏擺量0.015 mm.

5結論

(1) 平臺對AGC液壓缸的測試項目較為全面,能夠完成AGC液壓缸的出廠驗收測試,在工廠正常生產中,能及時解決因伺服油缸事故而停產檢修的問題,可縮短檢修時間,保障經濟效益.

(2) 伺服控制系統精確地捕捉到AGC油缸的啟動壓力和動摩擦力,并繪制出曲線圖.

(3) 反饋及伺服加載系統,實現了動態加載,可變增益位置閉環和壓力閉環相結合的控制系統,消除了油缸的過加載及撞缸現象.

參考文獻:

[1]成大先.機械設計手冊(第四卷)[M].北京:化學工業出版社,2009.

[2]成大先.機械設計手冊(第五卷)[M].北京:化學工業出版社,2009.

[3]陳兵,徐維軍.AGC液壓缸測試試驗系統的應用[J].液壓氣動與密封,2010,30(11):39-43.