軋機液壓系統關鍵元件性能實驗研究

徐 寧，鄭 圓

(馬鋼集團公司 重機公司 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼1720冷軋軋機是從日本三菱日立公司引進，于2003年開始投產，其液壓系統是由日立公司開發，至今已連續生產15年，其中軋機壓上液壓系統的穩定性及性能指標都有所變化。我們分析了近十年的故障案例，其關鍵元件包括液壓泵、伺服閥、液壓缸的故障的比例較高。由于冷軋軋機液壓系統較為復雜，關鍵元件的性能檢測及故障快速判斷就成為了軋機液壓系統故障解決的核心問題。

1 液壓主泵性能實驗研究

液壓泵性能試驗臺原理圖如圖1所示。對該恒壓式變量泵進行檢測時，通過設定泵出口比例溢流閥的壓力，模擬在不同工況下的負載，從而得到對應壓力下的流量的數值。得到軋機液壓系統主泵的壓力流量特性曲線。

圖1 液壓泵性能試驗臺原理圖

通過改變試驗臺泵出口比例溢流閥設定，得到泵輸出流量變化數據，得出壓力流量特性曲線如圖2。

圖2 測試壓力流量曲線

通過實驗數據可以看出，當泵出口壓力為系統設定壓力時，流量輸出為零；當泵出口的壓力小于系統設定壓力時，泵最大流量輸出。測試所得出的流量特性曲線與設備制造商給出的流量特性曲線基本相符，可滿足軋機AGC液壓系統的工作需求。從測試實驗也可以發現，當系統需要大流量時系統壓力會明顯下降，因此對于現場出現的系統壓力低的故障，除了對恒壓變量泵檢查外，還要檢查液壓系統內各回路的流量異常循環。

2 力馬達伺服閥性能實驗研究

力馬達伺服閥的測試根據伺服閥的測試標準，在液壓測試平臺對力馬達伺服閥的靜態性能以及空載下的動態性能進行測試。立馬達閥性能測試平臺如圖3所示。力馬達伺服閥通過與其底板尺寸相匹配的轉接塊安裝在實驗平臺的測試回路中，通過換向閥改變連接流量計、壓力傳感器的回路，切換實驗平臺不同性能測試功能，即壓力增益測試、流量測試增益、內泄漏測試。

圖3 力馬達伺服閥測試平臺原理實物圖

力馬達伺服閥靜態特性的流量特性測試：力馬達閥的額定輸入電流為±10 A，正常工作主要區間±1 A，實驗選擇了±3 A的范圍內進行測試，實驗壓力選擇在了20MPa進行測試，得到的流量特性曲線如圖4所示。

圖4 力馬達流量特性曲線

由力馬達伺服閥流量特性曲線可知，力馬達伺服閥具有零偏特性，零偏位置在-0.2 A。根據前文的AGC液壓系統的原理研究，分析可知設置負的零偏電流并非閥的異常故障，是為了保證軋機在異常斷電時，力馬達伺服閥的閥芯偏移保持壓上缸無桿腔的與系統回油接通，保證壓上缸可自動復位，避免在異常情況下力馬達伺服閥控制壓上缸活塞桿伸出，造成事故。

3 壓上缸的性能實驗研究

軋機AGC液壓缸實驗臺如圖5所示，主要由模擬機架、動力源、伺服閥、位移傳感器、計算機輔助系統等部分組成。測試平臺由恒壓變量泵提供壓力源，由伺服閥控制進行靜態和動態性能的測試，由位移傳感器進行位移檢測。

圖5 AGC液壓缸實驗臺原理實物圖

對壓上缸的靜態性能測試，得到壓上缸最小起動壓力曲線如圖6所示，最小起動壓力為0.041 MPa。壓上缸的動態性能測試得到階躍響應曲線如圖7示，給定階躍值0.1 mm，響應時間16 ms；壓力15 MPa，振幅值±0.1 mm，幅頻寬21.72 Hz，相頻寬20.33 Hz。通過對壓上缸的特性測試所得出的數據可知圖8，所測試的壓上缸動作靈敏，動態性能好，響應頻率可以達到20.33 Hz。同樣可知壓上缸響應頻率雖然達到20 Hz，但其響應頻率仍遠低于力馬達伺服閥的響應頻率，表明壓上缸性能對整個AGC系統的響應。

圖6 起動壓力曲線 圖7 階躍響應曲線 圖8 頻率響應性能曲線

4 總結

通過實驗數據可以看出，當泵出口壓力為系統設定壓力時，流量輸出為零；當泵出口的壓力小于系統設定壓力時，泵最大流量輸出。測試所得出的流量特性曲線與設備制造商給出的流量特性曲線基本相符，可滿足軋機AGC液壓系統的工作需求。從測試實驗也可以發現，當系統需要大流量時系統壓力會明顯下降，因此現場出現的系統壓力低報警故障，除了對恒壓變量泵檢查外，還要檢查液壓系統內各回路的流量異常循環。

馬達伺服閥靜態特性的流量特性測試：力馬達閥的額定輸入電流為±10 A，正常工作主要區間±1 A，實驗選擇了±3 A的范圍內進行測試，實驗壓力選擇在了20 MPa進行測試，最佳零位為-0.35 A。

測試的壓上缸動作靈敏，動態性能好，響應頻率可以達到20.33 Hz。同樣可知壓上缸響應頻率雖然達到20 Hz，但其響應頻率仍遠低于力馬達伺服閥的響應頻率，表明壓上缸性能對整個AGC系統的響應。