液壓伺服控制系統研究現狀的分析

鞠 丹

隨著生產制造業的不斷發展，具有較好可控性和響應速度的液壓伺服控制系統逐漸得到廣泛應用。液壓伺服控制系統的精確控制有助于提高生產效率，隨著我國科學技術的飛速發展，工程機械技術不斷優化，特別是先進的液壓伺服控制技術很好地融入工程機械中，不僅可以合理控制機械發動機的運行功率，還可以有效提高工作量和促進機械工業相關產業的科學發展。此外，在生產制造過程中也可以達到節能的目的。

1 軋鋼生產

1.1 軋鋼生產的內容

現代鋼鐵企業包括煉鐵、煉鋼和軋鋼三個生產系統，其中軋鋼是將連鑄坯軋制成鋼材，擔負著鋼材生產的任務。鋼材生產的方法包括軋制、鍛造、擠壓和拉拔等，軋制具有生產率高、品種多、連續性強、易于自動化等優點，約有90%的鋼材采用軋制生產的。有色金屬也主要用軋制方法，大斷面連鑄坯軋制成小斷面的鋼材要經過多次軋制。

1.2 軋鋼生產管理

在軋鋼生產期間加強管理，有利于軋鋼的成品質量和生產連續性，使軋鋼企業獲得穩定的經濟收益。企業是否能夠長遠發展，與生產質量存在密切的關聯。因此對軋鋼生產過程強化質量控制，是企業持續發展、獲得效益的關鍵基礎，同時也會影響企業的后續排產與營銷，有利于降低生產成本，影響產品在市場中的競爭力。因此，加強軋鋼在生產中的管理工作意義重大，軋鋼生產是企業的重點工作之一。軋鋼生產存在多個不確定因素，其工藝有一定的復雜性。由于存在眾多的不確定因素，軋鋼生產建立模型有一定難度，難以將機理運用于建模，借助差分方程或通過微分方程來精確描述生產過程具有一定的難度。在軋鋼生產的管理中，控制輸入是將工序分環節、分階段來加入的，輸出的實現要依靠相應的產品質量標準。為強化軋鋼生產控制，就要在實際生產管理中借助輸入標量，結合眾多的工序控制，促使輸出質量標準可以達成最好的效果。軋鋼產品的生產質量控制機理較為復雜。軋鋼的生產要結合上游的煉鐵、煉鋼、連鑄等環節，而任何環節發生問題都會影響到軋鋼的質量。依據現有的工序分類，軋鋼生產可以分為坯料準備階段、加熱階段、粗軋、精軋、精整、檢驗等。應對這些階段存在的影響因素展開細致分析，研究生產工序與產品質量之間的關系。

1.3 軋鋼生產中的質量控制

軋鋼生產管理中，要加強對關鍵的工序管控。軋鋼生產中發生的各類質量問題多數是由于孔型、軋輥、換品種造成的，特別是在軋輥更換以后，軋鋼產品板型會發生一定的改變、外形尺寸與相關標準不符。因此生產過程要加強質量控制，及時調整軋制工藝，特別是進出口導衛、槽孔、軋輥等要有精確的調節標準。通過加強校樣的檢驗，保障軋材板型與定尺長度與規定相符。

1.3.1 通過檢測軋出樣品

首先，鋼坯在加熱中要保證受熱的均勻，特別是要防止黑印問題的發生。隨著技術的進步，當前加熱爐的加熱模式多采用自動脈沖加熱，在生產中可以通過采用自動補償的方式，均熱段內的加熱工藝改進可以預防黑印問題的發生。在爐內還可以采用設置蓄熱黑體、增上陶瓷纖維等耐火材料，借助更先進的測溫方式來對爐內環境加以控制，以提高升溫的控制效果達到要求。針對板型的控制，可以借助自動厚度控制系統來提高產品的質量管控效果，它可以顯著改善過鋼中厚度波動過大的問題，實現精細化控制，有利于提升軋材質量、成材率，降低工序成本。

1.3.2 控制軋材的公差

依據軋鋼生產工藝，成品與中精軋道次孔型的設計多采用閉口、半閉口交替的方式。生產工藝的優化要考慮各軋制道次的溫度變化、金屬型變等數據條件，金屬寬展系數要合理選取，準確計算軋件的吃壓量、變形量、前后滑等相關參數，保證孔型系統科學，使軋件在軋制中金屬變形量更加科學。軋鋼工藝的優化可以實現軋件在寬度方向的受力合理，保證料型，降低生產中調整的難度，減少軋件寬度上公差的大范圍波動，有利于降低質量缺陷、提高合格率。此外，當前軋鋼壓下控制技術有了很大提升，如可以采用液壓的方式控制軋機的料型寬度提升剛度、防止寬度偏差過大問題，有利于提高軋材精度。

2 伺服系統原理及特點

2.1 伺服系統原理

伺服系統是一種反饋控制系統，用于精確跟蹤或再現某一過程。由控制器、動力驅動裝置、反饋裝置和電機組成。其主要任務是根據控制指令的要求對功率進行放大、變換和調整，從而靈活方便地控制驅動裝置的轉矩、速度和位置輸出。其主要功能是：用小功率指令信號控制大功率負載；在無機械連接的情況下，輸入軸控制遠距離輸出軸，實現遠距離同步傳動。

液壓伺服控制系統可以對輸入信號進行放大和變換，在輸出方面可以非?？焖贉蚀_地再現輸入量的基本變化規律。傳統伺服控制的工作原理是基于輸入信號和反饋信號的差異，而液壓伺服控制的原理與傳統伺服控制相同。技術上稱之為根據偏差控制原理。由于生產需要隨著輸入信號的變化達到改變控制量的目的，伺服控制將得到廣泛應用。

一個完整的液壓伺服控制系統，按其結構可分為動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件和工作介質五部分。一個液壓伺服控制系統要正常運行，以上五個部分都不是必不可少的。具體介紹如下：①液壓泵作為動力元件，主要將原動機輸出的機械能轉化為液壓能，可比作液壓泵的心臟。②液壓缸或液壓馬達作為執行元件，可以將系統中液體的壓力能轉化為機械能，并對與其接觸的工作機構做功。其中，液壓缸主要做直線往復運動，而液壓馬達做圓周運動。③壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥作為控制元件，控制和調節液壓系統中的油壓、方向和流量。④除上述三個部件外，其他部件為輔助部件，如油管、油箱、過濾器和蓄能器等，起連接、儲油、過濾、儲存壓力油的作用，對保證液壓伺服控制系統的正常運行起到了至關重要的作用。⑤液壓油是液壓系統中最常用的工作介質之一，可比作液壓系統的血液。液壓油的性能將直接影響液壓系統零部件的可靠性、靈敏度、穩定性、效率和壽命。

2.2 液壓伺服控制的特點

液壓伺服控制具有更顯著的優勢，液壓伺服控制工作介質液壓油的壓縮性對動態工作的液壓系統影響很大，但對動態性能要求不高，只考慮液壓系統工作在穩態，一般不考慮，所以可以依靠油的連續流動進行傳輸。油路可加裝液壓緩沖裝置，避免因加工裝配誤差引起的振動和沖擊，使傳動十分平穩，方便頻繁換向。因此，被廣泛用于要求平穩傳輸的場合。在輸出功率相同的情況下，液壓伺服控制的體積和質量可遠小于機械傳動和電動傳動，因此其慣性小，工作動作靈敏。液壓系統中裝有多個控制閥，在必要時可起到安全保護作用，并可自動防止過載，避免安全事故的發生。采用液壓伺服控制，可以獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架和數控銑床的液壓工作臺，可加工各種形狀的零件。當然，液壓伺服控制也有很多不足，如維護要求較高，難以實現等比傳動，對使用環境溫度要求較高，不能遠距離傳輸動力，對液壓油純度要求高，故障不易排查等，因此在使用時要充分發揮其優點，盡量避免缺點。

3 液壓伺服控制系統的基本故障特征

3.1 多樣化

通過對液壓伺服控制系統相關故障的深入研究，可以發現引起故障的因素具有多樣化的特點。同一個故障可能有多種原因，這些原因相互重疊、相互影響，難以準確判斷。例如，如果傳動系統的壓力達不到，液壓油可能會泄漏，液壓泵的動力可能不足，閥門可能會堵塞，油的粘度可能會降低。這也可能來自機電方面。另一方面，在液壓伺服控制系統中，不同的部件具有不同的功能和結構，從而產生各種故障現象。

3.2 復雜性

液壓伺服控制系統的故障比較復雜，會影響到機械整體。有些故障可能會導致整個液壓系統甚至機器癱瘓。例如，液壓執行器動力不足，壓力不穩定。作為維修人員，很難判斷是液壓泵動力不足還是油、閥門或機械部件有問題。排查的難度可想而知。液壓伺服控制系統的故障具有多樣化的特點，這也使得液壓伺服控制系統的故障表現形式多樣化，增加了液壓伺服控制故障的復雜性，提高了故障診斷和排除的難度。一次判斷液壓伺服控制系統的故障原因和故障位置，也使得液壓伺服控制系統的故障評估更加復雜。液壓伺服控制系統的內部部件緊密相連，會影響到整個機械。通常一個組件的損壞會影響所有連接的組件。這增加了維護的難度。維修人員需要考慮各個部件的裝配方式，掌握不同部件的維修技巧，從頭到尾完成各個部件的故障排除和維修。

3.3 復雜判斷

根據液壓伺服控制系統的特點，故障發生后很難快速確定故障的位置和原因。必須仔細檢查、判斷、分析和試驗，找出故障的原因和位置。但一旦發現，后處理很簡單，有的只需稍微調整、清洗或更換濾芯即可解決問題。

3.4 隱形性

首先，液壓伺服控制系統的故障大多發生在裝置內部，而外部往往沒有問題，容易誤導維修人員。其次，由于其結構比較精細，零件極小，長期高負荷運行時即使出現老化或損壞也不易被發現，從而殘留在液壓系統中，最終導致故障。小部件故障及時發現，拆卸液壓伺服控制系統是一個繁瑣的過程，對維修人員來說也是一個麻煩和挑戰。一般來說，在液壓伺服控制系統的運行中，其運行環境是一個封閉的環境。

4 軋鋼液壓伺服控制系統故障原因分析

4.1 設計的原因

軋鋼液壓伺服控制系統故障的次數與產品設計有很大關系。在設計上，通過優化產品的外形或增加一些保護部件，可以有效地保護重要部件免受磨損或腐蝕，減少設備維護的頻率。設計人員不僅要有豐富的專業知識儲備，還要參與設備維修，聽取維修技術人員的意見。

4.2 維修原因

一般來說，軋鋼液壓伺服控制系統工程組裝調試后，可以提高工程各個領域的性能。但是，由于液壓元件的更新和變化，機械工程維修和保養可能會導致系統出現新的故障。因此，維修機械設備時，技術人員必須嚴格遵守其零部件的質量控制。

4.3 液壓伺服控制系統本身原因

當電壓穩定時，液壓伺服控制系統有時功率不足，無法承受外部負載。這樣，系統會逐漸降低運行速度和旋轉功率，大大降低工作效率。造成這種情況的主要原因可能是泄漏問題，或相關離心泵出現異常，導致無法儲存足夠的動力進行傳輸和運行。

5 軋鋼液壓系統故障排除

5.1 觀察排除法

觀察和排除方法適用于有經驗的維修人員，對工程機械液壓伺服控制系統的結構了如指掌。通過五感（視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺）、個人經驗和簡單的工具，可以觀察和診斷液壓系統的故障，進行小規模的操作，然后結合平時的維修經驗找到一些簡單的故障，識別出故障的位置和原因。觀察消除方法時，應注意：首先考慮外部因素對液壓伺服控制系統的影響，然后從系統內部部件中找出問題所在。在觀察和故障排除時，一定不能只考慮液壓系統，而要結合機械、電氣、液壓等方面進行綜合故障排除。在故障處理過程中，要區分長期故障和突發性故障，分析和排除長期故障的原因，發現故障并進行相應處理。觀察排除法適用于有經驗的維修人員。

5.2 儀器檢測方法

儀器檢測方法是基于目視觀察方法。對于可疑的異常部位，利用現代儀器和計算機，由易到難依次檢測，找出故障原因和位置，進行故障排除。這些方法包括儀器測試、液壓油分析測試和計算機測試。在實際故障診斷中，既要采用傳統的觀察方法，也要采用排除方法，而要采用現代精密儀器進行儀表檢測。這兩種方法不能相互替代和組合。在軋鋼液壓系統的故障診斷中，可選擇使用壓力表、流量計等儀表檢查液壓伺服控制系統各部件的壓力值、流量、速度、溫度等參數值，對照技術文件的標準范圍，及時找出故障的位置和原因。具體包括以下檢測儀器：①壓力表。在液壓伺服控制系統的運行中，壓力值是一個重要的參數。一旦液壓伺服控制系統出現故障，壓力值就會下降。通過壓力表檢測液壓伺服控制系統的壓力值，判斷液壓伺服控制系統是否有故障。②流量計。流量是衡量液壓伺服控制系統是否處于良好狀態的重要參數。通過流量計可以測量液壓伺服控制系統的容積效率、元件的進出口流量和液壓回路，及時發現異常流量，有利于故障診斷和排除。液壓伺服控制系統。③轉速表。維修人員可以選擇轉速表來觀察執行機構的運動速度和速度值，這是反映液壓伺服控制系統各執行機構工作狀態的關鍵參數。

5.3 邏輯推理方法

軋鋼液壓系統比較復雜，難以診斷。因此，可以通過邏輯分析來驗證。使用這種方法，必須做到以下兩個方面：一是從主機上查找原因，觀察軋鋼液壓系統的執行機構是否工作正常；其次，從系統本身的性能出發，對系統故障的原因進行邏輯推理。邏輯推理方法主要取決于維修人員的專業技能和綜合素質。通過自身對液壓伺服控制的技術知識和基本技能，邏輯推理方法可以從邏輯上推斷出液壓系統運行中出現的電路、機械結構、液壓元件等故障。液壓伺服控制系統故障引起的故障現象一般為壓力異常,如果動作異?；蛩俣犬惓?，維修人員應仔細觀察和閱讀系統的結構框圖，確定軋鋼系統故障的根本原因，并進行輔助方法的詳細排除，從而最終確定軋鋼液壓伺服控制系統的故障，有利于故障排除和解決。

6 液壓伺服控制控制系統的應用流程

首先，有必要明確液壓伺服控制系統在我國機械工業發展過程中的主要應用。目前，液壓伺服控制系統的應用主要體現在以下幾個方面：對于一些正常的機械制造行業，主要應用于鋼鐵工業制造行業。目前，鋼鐵工業對我國經濟發展起到了很好的推動作用。例如，冶金工業的發展可以保證各類金屬的生產效率和生產質量得到有效提高。同時，起升裝置也采用液壓伺服控制系統。使用該系統可以保證起重的穩定性，使起重的極限得到更好的提高。機械液壓系統是工程建設領域范圍非常廣泛的內容，其中液壓馬達和液壓缸是數量較多的內容，因此就會分布較為分散的液壓站比例。技術操作人員在實際應用液壓系統的過程中需要將就近的、同類型的液壓設備共同的納入到同一液壓系統當中，做好對裝機容量問題的規避。而對液壓系統進行設計的時候也一定要注意到節能生產工藝的重要性，需要將工藝順序和液壓系統結構以及生產參數作為主要的依據來進行積極了解，充分地體現出蓄能器的重要性，并且做好能量的補充工作，讓電機的功率可以大范圍的降低，實現對投資成本的降低。

7 伺服控制技術應用發展措施

7.1 體現技術應用的針對性

在應用伺服控制技術之前，需要詳細了解服務對象，總結其相關方面的需求，根據國家相關規定合理選擇和使用該技術。例如，在保證技術應用滿足使用需要的前提下，分析技術的可操作性、便利性、經濟性和發展性，盡量減少技術操作的難度，降低操作風險。此外，在設計相關技術應用時，還應考慮“人機”結合的管理思想，提高相關人員的素質，盡量減少人工操作對系統的不利影響。

7.2 加強技術應用動態管理

在伺服控制技術的應用過程中，應建立有針對性的管理機制，加強動態管理，根據實際情況及時進行技術調整優化，增強服務效果。例如，某設備雖然在初期滿足使用要求，但由于長期使用，存在老化問題，性能減弱。除了工業生產要求的變化，對及其的控制要求也在提高。因此，應及時進行控制設備更換和系統升級。與時俱進。同時，要建立針對性的管理制度，設置專職管理人員，實現“專人、專職、專責”的“三專”管理模式。

8 結語

綜上所述，目前的液壓伺服控制系統已在我國鋼鐵行業得到廣泛應用。通過系統控制，可以保證和提高整體效率，從而增加我國機械制造業的可塑性。在未來的發展中，應重視信息集成和信息融合技術的研究，將數據采集、混合智能故障診斷技術和遠程協同診斷技術相結合，更準確、更快速地診斷液壓系統故障，以便更好地為工業自動化產能服務。