連軋主機液壓伺服系統的故障分析與排除

蘇小銘，劉金盛

（天津鋼管集團軋管一部，天津300050）

連軋主機液壓伺服系統的故障分析與排除

蘇小銘，劉金盛

（天津鋼管集團軋管一部，天津300050）

針對天津鋼管公司258機組連軋主機液壓伺服系統中伺服閥、快開閥及鎖緊閥故障，詳細分析了其產生原因。通過在電氣、油品、維護操作方面采取相應措施，排除了3種液壓閥故障，降低了故障率，延長了設備使用壽命，保證了生產的穩定順行。

連軋主機；液壓伺服系統；故障；分析；排除

1 引言

液壓伺服系統是提供動力軋制力最關鍵的生產設備，是精軋軋輥壓下動力的主要控制來源，其運行狀態的好壞直接影響到熱軋管產品質量，由于液壓伺服系統可以實現軋機剛度的動態調節，這樣不僅可以做到軋制過程中的實際輥縫值保持不變，從而實現實際軋制厚度的不變。2013年10月開始，突然陸續出現多次因液壓伺服系統故障，現場統計共發生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械兩大部分，排除起來比較困難，嚴重影響現場生產作業率的提高。

圖1 液壓伺服系統控制原理簡圖

2 液壓伺服系統簡介

258連軋廠的軋機每套機架有3個軋輥，軋制機架的每個軋輥由單獨的伺服油缸控制，同時每個伺服油缸都是采用液壓伺服系統進行閉環控制（控制原理如圖1所示），可實現單個軋輥位置調整。

由此可以看出液壓伺服系統在連軋機組的重要作用，現將簡單介紹液壓伺服系統的工作原理[1]壓下裝置由位移傳感器、伺服缸和液壓伺服系統等組成。系統通過伺服閥對伺服缸的流量和壓力的調節來控制伺服缸上、下的動作行程來調節軋輥輥縫值，然后連續調整伺服缸的位移、軋制壓力等，從而控制鋼管的壁厚。

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

先導閥是一個雙噴嘴擋板閥（結構見圖2），其工作原理[2]：力矩電動機在線圈中通入電流后產生扭矩，使彈簧管上的擋板在兩噴油嘴間移動，即當擋板向右移近噴嘴時，就在閥芯兩端面上產生壓力差從而推動閥芯左移，使供油口與左側控制口相通，回油口與右側控制口相通。閥芯左移的同時，通過反饋彈簧桿對力矩馬達產生的力矩和擋板的位移進行負反饋[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行元件的流量和壓力，先導閥是該伺服閥控制的關鍵部位，也是最容易出現故障的部位[4]。

圖2 MOOG先導閥結構簡圖

3 液壓伺服系統故障判定及排除

由于液壓伺服控制系統外方設計時自帶EB系統（曲線記錄），可以對伺服缸的位置、電液伺服閥的給定和反饋值、壓力信號進行實時監控。一旦發生故障，可以調取曲線進行對比分析。通過一些故障的分析，總結出主要有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，為及時解決設備故障，減少故障處理時間，現將重點介紹這些故障的判斷和排除方法。

3.1 伺服閥故障

3.1.1 故障現象

從圖3中可以看出，S3 C2伺服閥的SVREF（伺服閥給定信號曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號曲線）出現偏差，雖然偏差數值不算大，但是已經影響伺服系統的響應速度和精度，說明伺服閥精度已經出現偏差或將發生故障，需要及時更換。而已經發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（伺服閥給定信號曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號曲線）出現較大偏差，即伺服閥的給定信號由100%降至0%時反饋信號曲線卻一直維持在100%，無法正常回到0%，可以判斷伺服閥已經發生故障。因此，我們可以通過對比伺服閥的給定信號曲線和反饋信號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；輸入信號與電壓超過額定值的25%。以上3種情形任何一種都可能導致線路板燒壞。

（2）先導閥濾芯堵塞，力矩電動機的銜鐵被污染物卡住

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

（3）先導閥的零偏過大，力矩馬達球頭磨損

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；力矩馬達球頭磨損，伺服閥性能下降，零區不穩、零漂較大，系統逐漸不穩定，甚至引起震蕩。

（4）先導閥力矩馬達蓋受損，負向的流量磁振

故障原因：力矩馬達蓋受損是油液受污染后，污染物沖擊造成的；產生負向的流量磁振，可能是伺服閥附近有強磁場（如大電機）或先導閥有錯誤信號造成的。

3.2 快開閥故障

3.2.1 故障現象

從圖5中可以看出，S3 C1伺服閥的SVREF（伺服閥給定信號曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號曲線）都已經到了正給定最大值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），從有桿腔壓力信號曲線可以看出壓力雖有波動但是幅度非常小，基本正常，而無桿腔的壓力信號曲線可以看出壓力一直在減小，說明液壓系統應該存在卸荷，而根據液壓系統原理圖可判斷，唯一會產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）先導閥控制油孔被污染物堵塞

故障原因：先導閥控制油受污染，主閥打開時污染物將控制油孔堵塞（解體后發現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閉。

（2）先導閥電磁鐵或閥頭損壞

故障原因：由周圍環境和工礦條件差、潮濕，產生短路，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，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閉（解體后排查發現，片狀污染物為伺服缸活塞上的導襯開裂后碎片），長期處于卸荷狀態。

3.3 鎖緊閥故障現象

3.3.1 故障現象

從圖6中可以看出，S3 C1伺服閥的SVRE（伺服閥給定信號曲線）和SVSPOOL（伺服閥反饋信號曲線）都已經到了正給定最大值100%，曲線也基本一致，說明伺服閥工作正常。從伺服缸位置信號曲線可以看出，伺服缸位置伸出部分后位置保持不動，從有桿腔壓力信號曲線可以看出壓力雖有波動但是幅度非常小，同運行正常S3 C2和S3 C3壓力曲線趨勢基本吻合，可以看出有桿腔壓力正常而無桿腔的壓力信號曲線可以看出壓力變化很小說明液壓系統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，而根據液壓系統原理圖進行測壓排查，發現鎖緊閥后控制油測壓點壓力為零（正常應為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）鎖緊閥節流油孔被污染物堵塞

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

（2）鎖緊閥電磁鐵或閥頭損壞

故障原因：由周圍環境和工礦條件差、潮濕，產生短路造成電磁鐵或閥頭損壞。

4 液壓伺服系統故障預防措施

針對以上故障原因，主要采取以下技術措施：

4.1 電氣方面的技術措施

定期檢查電氣信號，緊固接線端子，防止松動，檢查連線，防止接觸不良；在伺服閥塊上加裝鋼質方形罩，屏蔽干擾信號和防止水汽影響；在生長過程中，嚴禁在伺服閥附近進行電焊作業，以免產生干擾；伺服閥遠離各自電機、強磁場等干擾，電纜連接采用屏蔽電纜。

4.2 油品方面的技術措施

定期對油箱油液和控制油液取樣化驗各項理化指標（粘度、含水量、清潔度）；定期更換伺服閥臺上控制油濾芯，放掉過濾器中的存油；給液壓系統加新油，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，經循環過濾后，化驗油液清潔度，直到達到NAS 5級后，再將合格的新油導入在用油箱。

4.3 維護操作方面的技術措施

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

5 結束語

2014年4月開始采取以上措施，加強了對軋機液壓伺服系統的維護保養，有效地預防故障發生的頻次，2014-04—10期間，只發生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，使用壽命延長了1倍。

[1]路甬祥.液壓氣動技術手冊[M].北京：機械工業出版社,2002 56-70.

[2]路甬祥.液壓氣動技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]邢鴻雁,張磊.實用液壓技術300題[M].北京：機械工業出版社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，主要從事冶金設備的技術管理工作。