AGC液壓系統(tǒng)故障分析

摘要：通過對板帶軋機(jī)AGC液壓系統(tǒng)基本原理的介紹，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備使用維護(hù)中常見故障的處理經(jīng)驗(yàn)，對AGC液壓系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處置措施，以此來幫助技術(shù)人員在故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行快速判斷和處理。

關(guān)鍵詞：AGC液壓系統(tǒng)；故障分析；故障處理

中圖分類號：TF31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）20-0062-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.20.014

0 引言

馬鋼冷軋廠酸軋生產(chǎn)線軋機(jī)由日本三菱設(shè)計(jì)制造，由四個(gè)機(jī)架組成，依靠分布在機(jī)架兩側(cè)的壓上缸實(shí)現(xiàn)對帶鋼的厚度控制，其中AGC液壓控制系統(tǒng)是其核心組成部分。近年來，軋機(jī)液壓系統(tǒng)故障頻發(fā)，影響生產(chǎn)效率，如何快速分析并處理故障，提高產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定性顯得尤為重要。

1 AGC液壓系統(tǒng)原理

AGC液壓系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要由放大器、伺服閥、液壓缸和位移傳感器組成[1]，如圖1所示。這些組件協(xié)同工作，通過伺服閥對液壓缸的流量進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，從而控制液壓缸的上下移動(dòng)行程，以此來實(shí)現(xiàn)對軋輥輥縫值的調(diào)節(jié)。

圖2所示為液壓系統(tǒng)原理圖，其控制方式主要分為兩類：1）軋制模式：高壓油（20.6 MPa）經(jīng)過先導(dǎo)電液換向閥、伺服閥進(jìn)入液壓缸無桿腔，而有桿腔壓力則由一組二級減壓閥控制在3 MPa，輔以小容量蓄能器穩(wěn)壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對液壓缸的高精度、穩(wěn)定控制。2）旁通模式：低壓油（6.9 MPa）由液壓站葉片泵提供，通過兩組大通徑電液換向閥實(shí)現(xiàn)對液壓缸的大流量供給，從而在軋機(jī)更換軋輥時(shí)能夠快速響應(yīng)。

2 常見故障分析與處理

2.1 液壓缸位置超差

即液壓缸給定位置與實(shí)際反饋位置不符，差值超出報(bào)警值（5 mm）。以生產(chǎn)線曾發(fā)生的故障為例進(jìn)行分析：查看PDA曲線（圖3），表現(xiàn)為液壓缸反饋位置偏離給定位置呈持續(xù)上升或持續(xù)下降的狀態(tài)，此現(xiàn)象多為伺服閥卡阻引起，由于閥芯卡死時(shí)所處位置不同[2]，會(huì)造成系統(tǒng)持續(xù)給液壓缸無桿腔供油或持續(xù)回油，從而產(chǎn)生液壓缸持續(xù)上升或持續(xù)下降的情況。

通過對下線故障閥進(jìn)行測試，根據(jù)流量特性曲線（圖4），在給定電流信號-5～+5 A區(qū)間內(nèi)，流量一直保持在28.8 L/min左右，說明閥芯開口度一直沒有變化。

對伺服閥進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)閥芯凸肩存在由顆粒物引起的劃傷，如圖5所示。

分別在系統(tǒng)油箱、液壓泵出口、伺服閥前、伺服閥后進(jìn)行油品取樣分析，檢測結(jié)果如表1所示。

從表1可以看到，伺服閥前油品污染度達(dá)NAS11級，超出伺服閥污染度使用要求（NAS7級），而油箱油品檢測結(jié)果正常，由此可見，顆粒物產(chǎn)生于液壓泵至伺服閥段，而該段回路中的顆粒物多為液壓泵磨損產(chǎn)生，如果設(shè)置在泵出口以及伺服閥前的過濾器未能有效過濾，便會(huì)導(dǎo)致顆粒物進(jìn)入伺服閥，造成卡阻。

處理措施如下：1）檢查液壓泵運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)更換存在異常磨損的液壓泵。2）定期對伺服閥前油品進(jìn)行檢測。3）根據(jù)油品檢測結(jié)果，對液壓泵出口和伺服閥前的濾芯制定合理的更換周期。

2.2 壓力低報(bào)警

軋機(jī)液壓系統(tǒng)高壓調(diào)定在20.6 MPa，當(dāng)壓力低于報(bào)警值15.7 MPa超3 s時(shí)便會(huì)觸發(fā)低壓報(bào)警，如圖6所示。

事故案例：某日軋機(jī)在檢修結(jié)束后恢復(fù)生產(chǎn)的過程中，出現(xiàn)液壓高壓系統(tǒng)壓力低報(bào)警，隨后維護(hù)人員從液壓站至各個(gè)閥臺(tái)逐一進(jìn)行排查，通過聽聲音及觸摸管路的方法發(fā)現(xiàn)F3機(jī)架主閥臺(tái)回油管存在大流量內(nèi)泄，隨即對該閥臺(tái)各元件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)卸荷閥未關(guān)閉到位，如圖7所示，導(dǎo)致流量損失，引起系統(tǒng)壓降，將該閥門擰緊到位后，壓力恢復(fù)正常。

由在線液壓泵的流量-壓力特性曲線（圖8）可以看到，當(dāng)系統(tǒng)輸出流量大于150 L/min時(shí)，液壓泵的輸出壓力會(huì)隨著流量的增加而降低，從而引發(fā)報(bào)警。結(jié)合現(xiàn)場常見故障現(xiàn)象，主要分為持續(xù)低壓報(bào)警和瞬時(shí)低壓報(bào)警兩種情況。

2.2.1 持續(xù)低壓報(bào)警

即系統(tǒng)壓力一直低于設(shè)定壓力，此類故障原因很多，如壓力傳感器故障、液壓泵故障、系統(tǒng)存在外泄漏、液壓閥溢流、液壓缸內(nèi)泄等等，需結(jié)合實(shí)際情況按照從外到內(nèi)（外：可以直接觀測和聽到的設(shè)備狀態(tài)；內(nèi)：需通過觸摸、測溫、測壓的方法才能檢測的設(shè)備狀態(tài)）、從動(dòng)力源到執(zhí)行元件的順序逐一檢查判斷：

1）檢查機(jī)械壓力表示值，如果機(jī)械壓力表顯示正常，則可能是傳感器連接管路松動(dòng)、堵塞，或者傳感器本身故障。

2）檢查液壓泵運(yùn)行狀態(tài)，是否存在振動(dòng)、異響、漏油等情況。

3）檢查油箱液位是否正常，檢查系統(tǒng)回路是否存在外泄漏。

4）應(yīng)檢查泵出口溢流閥、蓄能器的卸荷閥和溢流閥以及閥臺(tái)的溢流閥等是否存在異常內(nèi)泄，可以通過聽聲音、觸摸泄漏油管路、測溫等方法判斷，也可以通過逐個(gè)關(guān)閉閥臺(tái)、閥組來鎖定內(nèi)泄回路[3]。

5）檢查液壓缸是否內(nèi)泄，可以通過檢查液壓缸伸縮位置是否正常、液壓缸設(shè)定壓力是否正常以及連接液壓缸的進(jìn)出口管路是否存在異常循環(huán)油液來進(jìn)行判斷。

2.2.2 瞬時(shí)低壓報(bào)警

即系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)執(zhí)行某些動(dòng)作時(shí)，出現(xiàn)壓力降低的情況，但當(dāng)動(dòng)作結(jié)束或短暫的3～5 s后，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常壓力。該種情況主要有兩個(gè)原因：1）流量供給不及時(shí)，應(yīng)檢查液壓泵工作狀態(tài)以及蓄能器充氮壓力是否正常。2）該動(dòng)作回路存在泄漏，應(yīng)檢查液壓缸是否內(nèi)泄、溢流閥是否存在異常泄漏。

2.3 軋機(jī)振動(dòng)

故障案例：某日軋機(jī)在正常生產(chǎn)過程中，F(xiàn)4機(jī)架出現(xiàn)高頻振動(dòng)，維護(hù)人員通過檢查發(fā)現(xiàn)F4機(jī)架壓上缸AGC閥臺(tái)管路存在振動(dòng)，且背壓壓力表處于高頻擺動(dòng)狀態(tài)，隨后對控制背壓的減壓閥進(jìn)行調(diào)整，之后振動(dòng)消除。

軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電液結(jié)合的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖9所示，包含液壓控制系統(tǒng)、電氣控制程序、液壓缸位置反饋系統(tǒng)、軋輥傳動(dòng)系統(tǒng)。振動(dòng)成因復(fù)雜，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況分類排查。

2.3.1 液壓控制系統(tǒng)

1）檢查系統(tǒng)壓力是否穩(wěn)定，保證AGC閥臺(tái)的供油壓力以及液壓缸背壓穩(wěn)定在設(shè)定壓力，若存在壓力波動(dòng)，應(yīng)及時(shí)檢查系統(tǒng)中的蓄能器狀態(tài)以及系統(tǒng)中是否存在內(nèi)泄，如圖10所示。

2）檢查伺服閥和液壓缸工作狀態(tài)，保證其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性，如伺服閥內(nèi)泄大、伺服閥對中彈簧剛度變化、液壓缸內(nèi)泄、液壓缸內(nèi)壁損傷等都將影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.3.2 電氣控制系統(tǒng)

在電氣控制系統(tǒng)中，應(yīng)檢查PID設(shè)定參數(shù)是否合理，積分環(huán)節(jié)設(shè)置不佳會(huì)引起系統(tǒng)超調(diào)振蕩，所以應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對PID進(jìn)行檢查調(diào)整來保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.3.3 液壓缸位置反饋系統(tǒng)

在AGC控制系統(tǒng)中，液壓缸位置傳感器作為閉環(huán)控制中的一環(huán)，它所反饋的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性也將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以保證傳感器的工作狀態(tài)尤為重要，當(dāng)傳感器值出現(xiàn)尖峰值、位置變化斜率快等異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查更換傳感器。

2.3.4 軋輥傳動(dòng)系統(tǒng)

軋輥傳動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定也是導(dǎo)致軋機(jī)振動(dòng)的重要原因之一，如軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡、軋制速度波動(dòng)等都會(huì)引起軋機(jī)振動(dòng)[4]。針對軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡的問題可以通過提高制造精度和安裝精度的方法來減少振動(dòng)；而對于軋制速度波動(dòng)，可通過提高電機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度來減少電機(jī)速度波動(dòng)對軋制速度的影響。

3 日常維護(hù)保養(yǎng)

液壓系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因大多是基礎(chǔ)維護(hù)不到位，所以應(yīng)加強(qiáng)人員對設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，以預(yù)防為主，才能降低設(shè)備故障率。

故制定以下措施[5]：1）定期對系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)傳感器進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，確保其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；2）定期檢測油品狀態(tài)，并制定相應(yīng)的濾芯更換周期，保證油品清潔度；3）定期檢查液壓管路連接件、密封等部件，對于損壞的部件及時(shí)更換，定期對管夾進(jìn)行緊固，減少因松動(dòng)引發(fā)的泄漏；4）加強(qiáng)對液壓泵、液壓缸和伺服閥的維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)更換損壞的部件；5）定期對液壓系統(tǒng)蓄能器充氮壓力進(jìn)行檢查，使其處于正常工作狀態(tài)；6）加強(qiáng)對AGC控制系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)試，確保其各項(xiàng)設(shè)定參數(shù)、設(shè)備精度處于正常范圍。

4 結(jié)束語

本文通過對軋機(jī)AGC液壓系統(tǒng)原理的闡釋，結(jié)合現(xiàn)場故障處理和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對常見故障原因的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，并提出了相應(yīng)的處理措施和建議，這些措施和建議可以幫助我們更加快速地判斷和處理軋機(jī)液壓系統(tǒng)故障，以及在日常工作中更具針對性地對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，從而提高生產(chǎn)線的穩(wěn)定性。由于軋機(jī)AGC系統(tǒng)涉及專業(yè)眾多，控制原理復(fù)雜，液壓故障類別多樣，還需在今后的工作實(shí)踐中繼續(xù)深入研究，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)備維護(hù)技術(shù)水平。

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收稿日期：2024-06-11

作者簡介：楊躍武（1994—），男，安徽人，工程師，從事冶金行業(yè)液壓設(shè)備管理和技術(shù)研究工作。