結晶器液壓振動伺服閥問題與處理

李亞志

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司天津301500）

0 引言

結晶器液壓振動對鑄坯脫模、保護渣消耗方面有著明顯的優勢，同時可以在生產狀態下修改振動波形、振動幅度和振動頻率，對鑄坯表面質量和產量都有積極作用。天鋼聯合特鋼公司2 號連鑄機結晶器振動裝置采用的是液壓振動，2020 年對液壓振動系統進行了升級改造，驅動總成及電氣控制均采用了MOOG 最先進的伺服系統，其中伺服閥屬于精密控制設備，對現場使用維護要求很高，在連鑄機產生運行中經常出現各種故障。

本文對2 號連鑄機液壓振動伺服閥常見問題進行了歸納和總結，通過對伺服閥問題原因的分析和研究，提出了伺服閥常見故障的處理措施，并結合伺服閥的結構特性有針對性的制定出日常維護要求。

1 結晶器液壓振動伺服閥常見問題

1.1 結晶器液壓振動裝置

天鋼聯合特鋼公司2 號連鑄機結晶器液壓振動裝置為內弧全板簧結構，每流振動裝置配置1 套伺服液壓驅動總成，通過振動臂的動力傳遞以及板簧結構約束實現結晶器總成的仿弧運動，結晶器液壓振動總成結構如圖1 所示。

圖1 結晶器液壓振動裝置

其中液壓驅動總成主要部件包括：振動液壓缸、位移傳感器、伺服閥、MOOG 控制器。位移傳感器主要用來檢測振動液壓缸活塞桿實時位置，連鑄計算機控制系統將結晶器振動工藝參數下發給MOOG 控制器，MOOG 控制器實時計算著時間軸及理論位移值，同時將理論位移值與位移傳感器實測的位移值反饋送入控制器高速計算單元。高速計算單元中的P/I 調節模塊可以根據不同工況自動調節參數，同時可以根據振動缸運行方向及兩腔實時壓力預判運行趨勢，各項參數疊加計算后控制器將控制信號輸出給伺服閥，保證伺服缸高精度的按照設定時間位置軸進行往復運動[1]。液壓驅動總成原理如圖2 所示。

圖2 液壓驅動總成原理

1.2 液壓振動伺服閥常見問題

伺服閥是液壓驅動總成的核心部件，如果伺服閥出了問題，那么振動裝置就無法按照給定曲線運行，影響鑄坯脫模效果，嚴重時會造成生產事故導致停產[2]。伺服閥常見問題如下：

（1）振動裝置無振動。檢查液壓系統無異常，手動操作下，閥塊的P 腔油路有微弱振動，用手觸摸P腔外部連接管路，能感覺到油路的輕微沖擊感，但主控畫面上可以看出閥芯實時位置與程序計算位置的偏差超過安全值。

（2）液壓振動裝置起始位置飄移。在準備模式開啟后，MOOG 控制程序要檢查振動框架物理運行范圍，然后計算出起始位置，起始位置可以在畫面設定，一般設定物理運行范圍的中間位置，但有時位移傳感器輸出信號經常偏離起始位置，來回上下移動，無法實現振動運行。

（3）運行位移行程大于設定值。結晶器外弧基準線位置的往復運行行程一般設定為正負3.5 mm，實際澆鑄中，往復行程會隨著澆鋼速度的增長而變小，偶爾出現澆鋼速度沒有調整而運行行程突然變大，通過激光測距儀檢測運行行程，發現行程與設定值偏差在1.0 mm 以上。

（4）振動頻率不穩定。振動參數未變化的前提下，振動頻率時快時慢。

（5）振動采集曲線突變（如圖3 所示）。正常生產時，參數設定為正弦振動或非正弦振動，實時采集曲線連續順滑，與設定曲線高度吻合。因伺服閥問題，實時采集曲線局部突變，與設定曲線瞬時偏離又快速貼合，突變時間及位置無規律，將新的伺服閥備件替換后，問題隨即消失。

圖3 振動采集曲線突變

（6）伺服液壓缸偶發亂顫。鋼坯拉下后，MOOG控制器無輸出的狀態下，伺服液壓缸出現無規則的亂顫，持續時間約3～5 s，間歇出現，檢查電氣線路及液壓系統，均無異常。

（7）伺服液壓缸停止位變化。在MOOG 控制器輸出關閉后，在結晶器的重力下，伺服液壓缸的缸桿被完全拉出，但有時缸桿會出現完全縮回的狀況，檢查控制輸入信號正常，更換伺服閥后恢復正常。

2 液壓振動伺服閥問題原因分析及處理措施

2.1 液壓振動伺服閥問題原因分析

通過現場跟蹤和總結，發現由液壓油污染造成伺服閥失效約占比70%；由伺服閥磨損造成的失效占比15%，由電氣造成的失效占比10%，其它原因占比5%。

（1）液壓油污染度超標。伺服閥是一種精密元件，對油質潔凈度和酸值有嚴格要求，油液中雜質顆粒過大，極易造成閥芯卡阻；油液酸值升高，會對零件造成腐蝕，使泄漏增加。體現在閥體性能上，主要是零偏變大，頻響下降，滑閥卡滯，波形跟隨性差。

（2）伺服閥磨損嚴重。由于結晶器振動裝置振動頻率較高，閥芯與閥套長期相對運動產生磨損，導致泄漏變大，零偏變大，增益下降，零漂超標。

（3）電氣故障因素。主要表現為：伺服閥線圈斷線，引線松動或脫落，電流過大燒壞伺服閥線圈，殼體密封圈老化導致外部水蒸汽進入造成短路。上述幾種情況，都會造成實時位移檢測功能喪失，進而導致閥芯無法按照給定信號執行動作。

（4）其他故障因素。主要包括：閥體內部O 型圈在高溫和蒸汽下變質脆裂，液壓油進入伺服線圈內，導致轉矩馬達失靈，閥無動作；伺服閥復位彈簧老化失效，不能及時回位，導致波形跟隨性差。

2.2 液壓振動伺服閥常見問題處理措施

針對上述問題及原因分析，結合2 號連鑄機多年液壓振動伺服閥維護經驗，列出了伺服閥問題的具體表現以及產生原因與處理措施（見表1）。

表1 伺服閥問題原因與處理措施

3 液壓振動伺服閥日常維護要求

3.1 嚴格執行日常維護管理規程

（1）保證油箱和油路清潔。油箱材質要選用304不銹鋼，避免箱體內壁生銹脫落污染油液；取樣或加油后要保證箱體密封，透氣孔等處應加空氣濾清器，定期檢查清理，避免外部揚塵顆粒進入油箱；油路清潔需要及時更換濾芯來實現，濾芯更換周期不大于6 個月。

（2）定時檢查油液清潔度、更換液壓油。液壓油在長期工作中會產生氧化，尤其避免油液長期高溫運行，油液變質后，潤滑性變差，會加劇液壓系統內的元件磨損，產生金屬碎屑顆粒無法排除，進而加劇伺服閥堵塞和磨損。因此生產運行時務必保證油箱冷卻水通暢充足，出現油箱溫度報警后，要及時排查原因并恢復油箱溫度。油液檢測周期不大于20天，油液更換周期不大于2 年。

（3）定期檢查維護伺服閥。結晶器振動伺服閥往復頻率非常高，閥芯與閥套配合緊密，油液有顆粒的情況下很容易磨損，為保障伺服的性能，正常情況下1 年左右檢測一次伺服閥。當系統發生嚴重零偏時，應首先排除外部各環節的問題，然后再查伺服閥本體，先對閥體高壓油入口處的濾網進行清污，如問題仍舊存在，需要將問題伺服閥送至專業機構進行排查修復，修復后的伺服閥應先在線外檢測設備上對各項關鍵性能進行驗證，然后才能準予上線；更換伺服閥前，維護人員應保持作業環境潔凈衛生，避免揚塵，先使用過渡塊短接油路對管路進行沖洗，沖洗完成后再打開伺服閥外包裝進行線上安裝。

（4）定期檢查電氣線路。緊固接線端子，防止接觸不良。

（5）關鍵線路屏蔽保護。對關鍵信號線路易受干擾的區間部位進行屏蔽保護。

3.2 加強伺服閥性能日常檢測

鑒于伺服閥性能對鑄機生產影響重大，除了有豐富的現場維護經驗，還要利用伺服閥性能檢測設備對線上線下伺服閥進行檢測。

3.2.1 伺服閥檢測設備主要功能

利用伺服閥檢測設備可對伺服閥作基本調整，完成伺服閥的主要靜態性能測試和動態性能測試；伺服閥檢測設備不僅可以對線上伺服閥進行調整檢測，同時也可以對全新閥和修復閥做上線前的檢測，避免不合格的伺服閥上線造成不必要的停機。

3.2.2 伺服閥檢測設備構成

伺服閥檢測設備主要由西門子模塊、信號放大器、操作面板構成。西門子模塊包括：電源模塊；位運算0.01 μ 的高速運算CPU 模塊S1516-3PN/DP；高速采集、輸出功能模板AI-HS、AO-HS；高速位置模塊TM PosInput 2。信號放大器可將位置SSI 信號轉換為4-20 mA 模擬信號。操作面板為觸摸液晶屏，可顯示并修改伺服閥參數。操作面板和CPU 之間通過DP網線連接；伺服閥和位移傳感器與檢測箱體通過航空插頭連接，所有接口同線上設備一致，高效快捷。

4 結語

伺服閥是結晶器液壓振動裝置的核心，雖然其結構復雜、裝配精密，但只要使用和維護得當，可靠性和使用壽命是有保障的。本文結合2 號連鑄機多年液壓振動伺服閥使用維護經驗，對伺服閥在生產過程中經常出現的故障進行了歸納總結，對問題產生的原因進行了分析。通過采取有針對性的的處理措施、嚴格執行日常維護要求以及加強伺服閥性能日常檢測，2 號連鑄機結晶器液壓振動伺服閥運行的穩定性和可靠性較伺服閥升級改造初期明顯改善，降低了由液壓振動伺服閥故障引發的連鑄產生事故，伺服閥由升級改造初期的燙手山芋變成了連鑄機的高產利器。