熱軋卷取AJC伺服系統(tǒng)故障的快速診斷

朱松濤

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

熱軋卷取AJC伺服系統(tǒng)故障的快速診斷

朱松濤

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

八鋼熱軋卷取機(jī)采用全液壓AJC伺服系統(tǒng)控制卷取全過(guò)程，由于機(jī)電液一體化控制高度集成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，排查較為困難。文章介紹了利用IB實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析了幾種常見(jiàn)AJC伺服系統(tǒng)故障原因及其有規(guī)律的曲線圖，幫助現(xiàn)場(chǎng)快速診斷故障原因，從而快速消除故障。

AJC伺服系統(tǒng)；噴嘴擋板式伺服閥；IB實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；快速診斷

1 前言

八鋼熱軋卷取機(jī)采用了全液壓AJC伺服系統(tǒng)控制卷取全過(guò)程，采用J079系列噴嘴擋板式伺服閥，使卷取機(jī)控制精度高、響應(yīng)速度快。但由于機(jī)電液一體化控制高度集成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)內(nèi)部故障，排查較為困難。通過(guò)更換來(lái)消除故障，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，還浪費(fèi)人力物力。如何利用有效工具快速診斷故障原因，是設(shè)備維護(hù)人員的工作方向。

2 AJC伺服系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)述

2.1 AJC伺服系統(tǒng)控制原理

熱軋卷取AJC伺服控制系統(tǒng)，采用J079系列噴嘴擋板式三級(jí)電液伺服閥，通過(guò)位移傳感器、壓力傳感器精密檢測(cè)元件，結(jié)合PLC伺服控制模塊控制助卷臂油缸的位置、壓力和位移速度，實(shí)現(xiàn)助卷輥?zhàn)詣?dòng)踏步AJC的閉環(huán)控制。

2.2 噴嘴擋板伺服閥結(jié)構(gòu)原理

J079系列噴嘴擋板式三級(jí)電液伺服閥主要由力矩馬達(dá)、噴嘴、擋板、反饋彈簧桿、閥芯、閥套及內(nèi)置放大板等零部件組成。

工作原理：當(dāng)力矩馬達(dá)兩控制線圈有差動(dòng)控制電流時(shí)，在銜鐵上產(chǎn)生電磁力矩，使銜鐵擋板組件發(fā)生偏轉(zhuǎn)，彈簧管產(chǎn)生變形，擋板偏離中間位置，這時(shí)噴嘴擋板間左右間隙發(fā)生變化，兩噴嘴負(fù)載腔有差動(dòng)壓力輸出，使二級(jí)控制閥滑閥閥芯位置變化，這時(shí)閥芯推動(dòng)反饋桿端部球頭，產(chǎn)生反饋力矩作用在銜鐵擋板組件上，當(dāng)反饋力矩逐漸等于電磁力矩時(shí)，銜鐵擋板組件被逐漸移回到對(duì)中位置，于是閥芯停留在一個(gè)平衡位置，從而使三級(jí)伺服閥在AB口產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)輸出流量驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件動(dòng)作。通過(guò)給定不同的控制電流，實(shí)現(xiàn)伺服閥不同的流量輸出及動(dòng)態(tài)特性。這其中，噴嘴與擋板之間的間隙極小，為0.025～0.050mm，液壓油中的污染物顆粒將會(huì)直接影響到伺服閥的動(dòng)作。

3 AJC伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障原因診斷分析

在卷取過(guò)程中，AJC伺服控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象主要有：助卷輥輥縫異常波動(dòng)，無(wú)法穩(wěn)定在精度范圍內(nèi)；助卷輥位置控制失控，快速打開(kāi)或快速壓在卷筒上，無(wú)法正常穿帶卷鋼；助卷輥動(dòng)作緩慢，無(wú)法達(dá)到設(shè)定輥縫，報(bào)伺服閥故障禁止穿帶；伺服閥無(wú)法驅(qū)動(dòng)助卷輥動(dòng)作等。

針對(duì)現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)IB實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)曲線故障，進(jìn)行了分析，認(rèn)為這幾種常見(jiàn)伺服系統(tǒng)故障的原因，即某一元件出現(xiàn)故障與IB記錄有規(guī)律的曲線圖存在著關(guān)聯(lián)性。

3.1 外部卡阻造成AJC異常

故障現(xiàn)象：助卷輥無(wú)法動(dòng)作。

IB記錄曲線圖（圖1）解讀：助卷輥無(wú)法按照設(shè)定位置執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作，但伺服閥閥芯開(kāi)口度設(shè)定值與反饋值均達(dá)到關(guān)閉方向的最大值，助卷輥油缸無(wú)桿腔壓力已升至系統(tǒng)壓20MPa。

原因分析：從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖可判斷出，伺服閥工作正常，壓力反映正常，液壓控制回路正常，造成助卷輥無(wú)法關(guān)閉，應(yīng)是外部機(jī)械卡阻造成。

現(xiàn)場(chǎng)排障：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是安全銷(xiāo)竄出，致使助卷輥無(wú)法關(guān)閉動(dòng)作。將安全銷(xiāo)恢復(fù)原位，助卷輥動(dòng)作隨即恢復(fù)正常。

圖1 外部卡阻AJC控制異常波形

3.2 噴嘴擋板堵塞造成AJC動(dòng)作異常

故障現(xiàn)象：助卷輥位置保持不住，往一邊位移。

IB記錄曲線圖（圖2）解讀：助卷輥輥縫位置在無(wú)輸出指令信號(hào)的情況下，逐漸增大；伺服閥閥芯開(kāi)口度設(shè)定值與反饋值出現(xiàn)明顯偏離，在某一點(diǎn)又突然跳躍到跟隨一致。

原因分析：伺服閥閥芯反饋與設(shè)定值出現(xiàn)偏離，是由于油液中污染物顆粒造成一側(cè)噴嘴堵塞，閥芯平衡位置控制破壞，偏置到一側(cè)，造成助卷輥位置保持不住。同時(shí)先導(dǎo)控制油路濾芯過(guò)濾保護(hù)功能失效，需更換。

現(xiàn)場(chǎng)排障：更換伺服閥，并更換伺服閥先導(dǎo)控制油路濾芯，AJC伺服系統(tǒng)動(dòng)作恢復(fù)正常。

圖2 噴嘴擋板堵塞控制異常波形

3.3 伺服閥內(nèi)置放大器板卡故障

故障現(xiàn)象：報(bào)伺服閥故障，助卷輥無(wú)法動(dòng)作。

IB記錄曲線圖（圖3）解讀：助卷輥輥縫位置在無(wú)輸出指令信號(hào)的情況下，自己發(fā)生變化；伺服閥閥芯開(kāi)口度反饋值出現(xiàn)高頻寬幅波動(dòng)，幅值達(dá)到最大開(kāi)度，且持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。

原因分析：伺服閥閥芯反饋劇烈波動(dòng)，應(yīng)是伺服閥內(nèi)置放大器板卡損壞，造成無(wú)法正常工作。

現(xiàn)場(chǎng)排障：更換伺服閥，AJC伺服系統(tǒng)動(dòng)作恢復(fù)正常。

圖3 內(nèi)置放大器故障控制異常波形

3.4 內(nèi)泄漏超差造成助卷輥達(dá)不到輥縫設(shè)定值

故障現(xiàn)象：助卷輥實(shí)際輥縫始終達(dá)不到設(shè)定值，無(wú)法滿(mǎn)足卷取條件禁止穿帶。

IB記錄曲線圖（圖4）解讀：助卷輥輥縫實(shí)際位置始終無(wú)法到達(dá)設(shè)定值；伺服閥閥芯開(kāi)口度與反饋值出現(xiàn)7%的較大偏差。

原因分析：伺服閥閥芯閥套因磨損，內(nèi)泄漏量變大，閥芯給定與反饋值零漂過(guò)大，PID調(diào)節(jié)設(shè)定參數(shù)已無(wú)法使助卷輥輥縫位置實(shí)現(xiàn)收斂，即達(dá)不到設(shè)定值。

現(xiàn)場(chǎng)排障：更換伺服閥，使助卷輥輥縫控制精度恢復(fù)正常。

圖4 內(nèi)泄漏超差控制異常波形

3.5 伺服閥反饋桿球頭磨損，助卷輥輥縫異常波動(dòng)

故障現(xiàn)象：助卷輥輥縫波動(dòng)大、頻率高，卷取時(shí)卷取機(jī)震動(dòng)劇烈，帶鋼表面壓痕明顯。

IB記錄曲線圖（圖5）解讀：助卷輥輥縫實(shí)際值出現(xiàn)明顯波動(dòng)，超出位置精度范圍；伺服閥閥芯反饋值出現(xiàn)異常高頻震蕩，震蕩范圍達(dá)6%。

圖5 反饋桿球頭磨損控制異常波形

原因分析：伺服閥反饋桿球頭磨損，導(dǎo)致二級(jí)控制閥滑閥閥芯位置無(wú)法穩(wěn)定，使得伺服閥滯環(huán)增大零區(qū)不穩(wěn)定，主閥芯出現(xiàn)高頻震蕩，從而助卷輥輥縫位置異常波動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)排障：更換伺服閥后，助卷輥輥縫無(wú)異常波動(dòng)，精度恢復(fù)。

4 故障快速診斷及處理措施

（1）通過(guò)對(duì)AJC伺服系統(tǒng)故障曲線圖的分析，總結(jié)歸納了常見(jiàn)故障產(chǎn)生的原因，及判斷和處理方法。

（2）借助IB在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，調(diào)出故障狀態(tài)下的曲線圖，與總結(jié)出的規(guī)律性曲線圖進(jìn)行快速對(duì)比，能快速判斷故障原因，并精準(zhǔn)排除故障。

（3）通過(guò)分析研究，認(rèn)為噴嘴擋板伺服閥控制回路受油液清潔度的影響較大，油液中的顆粒會(huì)造成噴嘴堵塞，閥芯閥套、主閥芯棱邊加速磨損，從而導(dǎo)致伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

（4）建議對(duì)于伺服系統(tǒng)，應(yīng)加強(qiáng)日常油品清潔度控制，定期檢測(cè)清潔度，定期更換系統(tǒng)各部位濾芯，將油品清潔度控制在NAS5級(jí)，會(huì)大大減少?lài)娮鞊醢逅欧y故障的發(fā)生，提升卷取AJC伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

5 結(jié)束語(yǔ)

八鋼熱軋卷取機(jī)AJC伺服系統(tǒng)，機(jī)電液一體化集成度高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通過(guò)充分利用IB實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析出AJC伺服系統(tǒng)故障原因和其有規(guī)律的曲線圖，并應(yīng)用到日常檢查和發(fā)生故障時(shí)的排查，就能作到快速診斷消除故障。通過(guò)制定有效措施，預(yù)防和減少伺服系統(tǒng)故障的發(fā)生。

[1] 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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Fault Diagnosis of Hot Rolling Coil AJC Servo System

ZHUSong-tao
（XinjiangBayi Iron&Steel Co.,Ltd)

Coilingmachine adopts full hydraulic AJCservosystemtocontrol the coilingprocess。Because the integration of highly integrated electro-hydraulic control and complex internal structure,once the failure，the investigation is more difficult.This paper summarizes the use of IB the real-time monitoring system,analyzes the causes of several common faults ofservosystemAJCand its regular graph,soas tohelp the rapid diagnosis offault site,eliminate the faults.

AJCservosystem;nozzle baffle type servovalve;IBreal time on-line monitoring;rapid diagnosis

TG333.2+4

B

1672—4224（2016）04—0043—03

聯(lián)系人：朱松濤，男，本科，冶金機(jī)械工程師，烏魯木齊（830022）新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠熱軋分廠

E-mail：zhust@bygt.com.cn