液壓伺服系統(tǒng)維護(hù)與典型故障的分析研究

蔣天彥,劉京江,巫 麟

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都 610303)

液壓伺服系統(tǒng)維護(hù)與典型故障的分析研究

蔣天彥,劉京江,巫 麟

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都 610303)

介紹了FQM連軋機(jī)機(jī)組中液壓伺服系統(tǒng)的特點和日常維護(hù)過程中的注意事項。鑒于伺服系統(tǒng)是電氣、液壓專業(yè)緊密相連的共同體,所以為了查找故障原因,就需要共同分析電氣、液壓專業(yè)。為了說明該問題,特對一典型故障進(jìn)行分析研究。

無縫鋼管;連軋機(jī);伺服系統(tǒng);維護(hù);故障

1 引言

液壓伺服系統(tǒng),就是以液壓動力元件作驅(qū)動裝置所組成的反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中,輸出量能夠自動、快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)位移、速度、力等的變化規(guī)律,與此同時還對輸入信號進(jìn)行功率放大。液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨特的優(yōu)點在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

考慮以上優(yōu)點和鋼管軋制過程中的工藝需求,該系統(tǒng)在連軋機(jī)組中得到了廣泛使用。對該類系統(tǒng)的維護(hù)和典型故障的掌握分析就顯得尤為重要。

2 液壓伺服系統(tǒng)的的維護(hù)

因液壓伺服控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng),在進(jìn)行機(jī)械、液壓、電氣檢修前,液壓伺服系統(tǒng)必須處于停止位置。

2.1 液壓油監(jiān)控

2.1.1 過濾

使用油過濾器是為了保證液壓元件和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命。隨著控制技術(shù)要求的提高,液壓伺服系統(tǒng)中的液壓組件越來越精密,因此就必須通過足夠精度的過濾來防止污染對組件的危害。

工作油要求精過濾有兩個原因:一方面因為在循環(huán)過程中存在有固體磨削顆粒使磨損加劇,而且這些顆粒在系統(tǒng)調(diào)節(jié)時會卡在節(jié)流孔之中,阻礙閥芯移動,此類污染源是運轉(zhuǎn)故障的主要原因;另一方面,污染后的油加快了油的老化,由于氧氣的作用使得碳氧化合物分子產(chǎn)生變化致使油液化學(xué)組織發(fā)生變化。

2.1.2 換油

液壓油的老化在很大程度上取決于系統(tǒng)中的壓力、油的循環(huán)次數(shù)、流速和液壓油箱的結(jié)構(gòu)形式,因此對于液壓油更換通常沒有有效準(zhǔn)則。

在實際運轉(zhuǎn)中換油時間由使用者多次觀察來確定。根據(jù)污染程度和熱負(fù)荷推薦使用4000～8000 h更換。

如果有雜質(zhì)(例如水、堅硬的金屬顆粒)卡住泵或液壓馬達(dá)時,必須對油進(jìn)行更換。這種換油與所給定的換油周期無關(guān),并需排空液壓回路中的所有液壓油。

液壓油混合的極限指標(biāo)是:

①中和值大于1mg k OH/g;

②用快速分析儀計數(shù)得出值大于所允許的污染顆粒值;

③含水量超過允許值。

在液壓油更換時,必須把整套系統(tǒng)中的油排空,并且要進(jìn)行徹底的清洗。

注意事項:

不允許使用帶有纖維的抹布,在換油前蓄能器必須進(jìn)行排空。

2.1.3 沖洗

換油后,需要對液壓系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)沖洗,以便達(dá)到系統(tǒng)所要求的油液清潔度。

沖洗時必須拆下伺服閥,使用沖洗板。在油液清潔度達(dá)到要求后,再換上伺服閥。

在沖洗時,液壓設(shè)備應(yīng)在微小的功率下運行,此后在工作溫度下盡可能達(dá)到多次短時間內(nèi)的全功率運行。

要求有最佳的檢查方法(污染顆粒計數(shù)法和進(jìn)行化學(xué)分析),也可以使用在線污染度檢測儀。

在達(dá)到油液清潔度、液壓系統(tǒng)重新試車前,必須更換安裝在系統(tǒng)中的所有過濾器濾芯。

2.1.4 油位

油位必須控制在全套設(shè)備的工作狀態(tài)范圍內(nèi),在正常情況下總是處于“最低油位”和“最高油位”之間。

盡管油位能夠通過電氣液位開關(guān)來控制,但絕不允許放棄對油位的正常觀察、檢查。

2.1.5 油溫

液壓油的使用時間是由系統(tǒng)工作而產(chǎn)生的油溫決定的,為此在油箱內(nèi)的油溫應(yīng)該在規(guī)定極限范圍內(nèi)(40℃～60℃之間)進(jìn)行監(jiān)控。通過溫度控制器可以保證油溫在低于或高于規(guī)定值時發(fā)出信號并調(diào)節(jié)油溫。如果出現(xiàn)報警信號,通常是在冷卻器和過濾裝置間有功能故障發(fā)生,但特殊情況除外,如系統(tǒng)在長時間停車以后開始運轉(zhuǎn)階段。

2.1.6 液壓油的壓力

為了使液壓設(shè)備滿足其運動速度,必須保持應(yīng)有的系統(tǒng)壓力。壓力監(jiān)控是需要的,可以根據(jù)壓力開關(guān)或壓力傳感器讀數(shù)來監(jiān)控壓力,并測定超壓和低壓值,進(jìn)行報警。通常情況下也必須對壓力表進(jìn)行觀察。

借助于系統(tǒng)中微型測壓排氣接點,在發(fā)生故障時,可以進(jìn)行故障的尋找。

2.1.7 油的泄漏

因為泄漏的油將污染環(huán)境,管道系統(tǒng)和所有的密封處在運轉(zhuǎn)時都必須檢查它們的密封性能。隨著泄漏的加劇,液壓油壓力就有可能降低到不允許再低的范圍內(nèi)。

擰緊管螺紋接口和法蘭連接件以及其它密封設(shè)施的工作只能在管道系統(tǒng)無壓力情況下才能進(jìn)行。

2.2 蓄能器監(jiān)控

2.2.1 蓄能器的檢查

大約需每隔10到15天檢查一次。對蓄能器的檢測和維修按照蓄能器制造廠的產(chǎn)品樣本及操作維護(hù)說明進(jìn)行操作。

注意事項:對蓄能器站或單個蓄能器拆卸修理,必須在氣側(cè)和油側(cè)卸壓后進(jìn)行。

2.2.2 蓄能器充氣

蓄能器原則上只允許在液壓側(cè)無壓力的情況下進(jìn)行充氣,充氣壓力的大小按液壓原理圖標(biāo)定。

當(dāng)達(dá)到所期望的充氣壓力時,需關(guān)閉液壓油側(cè)的旁通。

2.3 電液伺服閥的維護(hù)

(1)電液伺服閥一般不拆卸,因再次安裝往往保證不了精度。

(2)如確認(rèn)電液伺服閥有故障,不能對其進(jìn)行分解,即與伺服閥廠家聯(lián)系,由專業(yè)人員進(jìn)行處理。

2.4 設(shè)備檢修注意事項

(1)當(dāng)整套設(shè)備出現(xiàn)故障,應(yīng)立即切斷系統(tǒng),運動過程必須盡快地結(jié)束。液壓系統(tǒng)的全部切斷只能通過外部的電源切斷或“緊急開關(guān)”來產(chǎn)生。檢修時若需要重新設(shè)備啟動時,必須逐一手動接通運行。

(2)拆卸液壓油管時,應(yīng)事先將油管連接部位的周圍清洗干凈;分解后應(yīng)用干凈塑料薄膜或石臘紙將管口包好,以防止污物進(jìn)入,不能用棉紗或破布堵塞油管。

(3)在分解元件檢修時,應(yīng)將元件認(rèn)真測試、鑒別后,分成已損、待修、完好三類,并防止污物進(jìn)入。

(4)橡膠材質(zhì)的密封件,不得在汽油、香蕉水等溶劑中浸洗,應(yīng)在清亮的液壓油中搖洗后晾干。

(5)液壓組件在安裝時必須清洗干凈,并在配合表面涂抹少許潤滑油,以利于安裝。

2.5 液壓元件及輔件的維修

2.5.1 軸向柱塞泵

軸向柱塞泵出現(xiàn)故障,通常表現(xiàn)為工作壓力和液壓缸運動的不穩(wěn)定。出現(xiàn)這種故障時,就必須立即打開備用泵吸油側(cè)的蝶閥并啟動備用泵。

2.5.2 工作泵的拆卸

首先切斷工作泵電動機(jī);然后關(guān)閉吸油管道中的蝶閥拆卸泵側(cè)的軟管(P管道,泄油管道,吸油管道,撓性接頭),斷開的軟管端不允許帶有污染物或放到油槽內(nèi)與底板接觸;其次再拆下帶有半分式的聯(lián)軸節(jié);最后拆除整套馬達(dá)-泵的聯(lián)接,將泵與電動機(jī)分開。

2.5.3 伺服閥

在一般情況下,伺服閥無需維護(hù)。

全部的故障幾乎都是由受污染的油所引起的。在伺服閥出現(xiàn)故障時,必須立即更換。

伺服閥的拆卸按如下過程進(jìn)行:確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械位置在安全位置;使伺服閥P管、A管、B管上的液壓鎖處于鎖緊位置(液壓鎖控制電磁閥失電);在伺服閥和液控單向閥之間的管道中的剩余壓力要泄壓(P管上有蓄能器,需泄壓);給伺服閥斷電;松開伺服閥上的電氣接線插頭;然后松開內(nèi)六角螺栓,取出伺服閥,此時必須注意保護(hù)伺服閥底部的O型密封圈及伺服閥安裝面的清潔。

注意事項:

在拆卸伺服閥時應(yīng)注意,在伺服閥處應(yīng)沒有液壓壓力(除回流管道中有微小的脈動壓力)產(chǎn)生,并且必須保證伺服閥拆卸后有相應(yīng)的裝置使執(zhí)行機(jī)構(gòu)不運動。拆卸下的故障伺服閥應(yīng)送伺服閥供貨廠家進(jìn)行維修。

2.5.4 過濾器

在液壓回路中設(shè)置的過濾器帶有電氣和光電污染指示器。如果在正常工作中,指示器燈亮或指示器發(fā)訊,過濾器的濾芯就必須更換。

另外,過濾器的濾芯通常每隔4～6個月更換一次(X管道過濾器濾芯建議最多三個月就應(yīng)更換一次)。

對于主回油路、循環(huán)回路及X管路的雙筒過濾器,只有在流量很小或者為零時,才能進(jìn)行切換濾筒。從被污染側(cè)換向到干凈側(cè),必須把液壓回路分隔開,否則,污染雜質(zhì)就會在渦流的作用下流到清潔側(cè)。對于泵出口處的高壓單筒過濾器,只有在備用泵替代濾器相應(yīng)的泵投入工作后才能更換濾芯。

松開污染側(cè)蓋板并且檢查密封損害情況,必要時進(jìn)行更換;把油排放掉,取出濾芯(需要時,濾筒內(nèi)壁用合適的清洗油清洗,在此不能用抹布);把新濾芯小心仔細(xì)地放入濾筒,并且固定;擰緊過濾器蓋板,排除過濾器外殼內(nèi)空氣。

以上我們研究討論了伺服閥的特殊維護(hù)相關(guān)知識,可以幫助我們在日常的工作中解決相當(dāng)一部分的伺服系統(tǒng)的問題,但是由于伺服系統(tǒng)是一個液壓與電氣相關(guān)聯(lián)的專業(yè)系統(tǒng),所以我們還要在事故面前對電氣進(jìn)行廣泛的檢查,以便保證伺服閥能在穩(wěn)定的環(huán)境下工作。接下來我們通過一個典型故障來分析研究。

3 典型故障分析

3.1 位移與控制信號的關(guān)聯(lián)控制

由于伺服閥的本身特點,所以它在FQM連軋機(jī)伺服系統(tǒng)中是一個隨時都處于調(diào)整的過程,從而滿足相關(guān)的工藝要求,簡而言之就是保持設(shè)備的某個位置恒定,見圖1所示。

圖1中1#曲線(名字為[1#upper.pos.]/ 100)除去咬鋼和拋鋼的頭尾部分由于設(shè)備固有特性形成的高低波外,在鋼管平穩(wěn)軋制過程中都基本保持了位置的穩(wěn)定性,從而才能夠保持孔型的穩(wěn)定,才能夠為后續(xù)的生產(chǎn)創(chuàng)造良好的先決條件,為最終軋制出合格的產(chǎn)品創(chuàng)造條件。但是在圖1中2#曲線(名字為[2#upper.pos.]/100)中我們明顯的看出即使在平穩(wěn)軋制過程中曲線也無法保持穩(wěn)定在設(shè)定值的位置上,一旦出現(xiàn)以上問題,這時就體現(xiàn)了伺服閥的關(guān)鍵作用,由于伺服閥結(jié)構(gòu)的特殊性和電氣控制的精確性,在正常情況下,該現(xiàn)象是可以被及時糾正,而達(dá)到藍(lán)色曲線的效果的。該過程就是計算機(jī)通過一系列的復(fù)雜運算得出一個糾偏信號,然后這個糾偏信號被發(fā)送給伺服閥,伺服閥就根據(jù)這個信號來糾正位置的不穩(wěn)定性,從而保證位置的穩(wěn)定,見圖2所示。

圖1

圖2

圖2中2#線條(名字為[2#upper.pos.]/ 100)表示設(shè)備的實際位置,黑色直線表示程序設(shè)定位置,1#線條(名字為trytrysignal)表示促使實際位置向設(shè)定位置靠攏的糾偏信號。

通過圖2可以看出,伺服閥在接到有效的糾偏信號時就會迅速做出反應(yīng),從而保證設(shè)備位置的不變。即實際位置與糾偏信號相對于設(shè)定值的黑線是對稱的,這樣就保證了糾偏信號能夠及時將實際位置值糾正到設(shè)定值。簡而言之,就是波峰對波谷,正負(fù)抵消已達(dá)到設(shè)定目的。以上的糾偏就是伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢所在,能夠保證設(shè)定位置的穩(wěn)定性,但是由于該系統(tǒng)是液壓與電氣的密切配合,所以難免會出現(xiàn)各種問題,下面我們就對一個典型事故進(jìn)行分析,見圖3所示:

圖3

通過圖3我們可以清楚的看到最上面一組圖的兩條線(其中2#實際位置曲線(名稱為名字為[2#upper.pos.]/100)和1#糾偏信號曲線(名稱為trycurvefunction))的配合程度就沒有達(dá)到圖2中的兩條曲線的那種波峰對應(yīng)波谷的良好狀態(tài)。也就是說糾偏信號沒有有效的控制住位置的實際值,直接反映到實際值曲線圖中的話,就像圖1中2#曲線(名字為[2#upper.pos.]/100)的波形圖。

我們再次分析圖3,通過雙箭頭我們可以清楚看到,兩條曲線的時間軸差值(X2-X1)為40毫秒,由于這個40毫秒的差值就造成曲線的波峰波谷不能夠很好的抵消,從而保持位置的恒定性。既然問題出在信號上面,那么我們就要從信號開始著手分析,首先看看信號是不是及時地發(fā)出了,既然要看信號,就需要電氣專業(yè)人員從程序的語句中來分析是否有干擾信號對其進(jìn)行了疊加造成信號的偏差。經(jīng)過對每個語句的分析,我們從中發(fā)現(xiàn)對2#糾偏信號曲線(名稱為trycurvefunction)疊加了一個大概時間延時為40毫秒的信號源,所以我們就從中找出了問題的所在,然后將這個疊加信號消除后,糾偏信號就能夠完整地對應(yīng)曲線的實際值了,從而保證了實際值的穩(wěn)定性,見圖4所示。

圖4

通過以上對伺服系統(tǒng)的典型維護(hù)和典型事故的分析研究,我們從中看出了液壓伺服系統(tǒng)是一個非常精密和控制復(fù)雜的系統(tǒng),對以上內(nèi)容的分析,我們對該系統(tǒng)有了一個比較詳細(xì)的了解,也對我們后期的工作會產(chǎn)生一定積極的影響。

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].第4卷.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

Maintenance of Hydraulic Servo System and Analysis and Research of Typical Fault

JIANG Tian-yan,LIU Jing-jiang,WU Lin

(Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610303,Sichuan,China)

Introducing the characteristics of the hydraulic servo system and the special matters in daily maintenance in the FQM pipe plant.Because electric and Hydraulic is related each other closely in hydraulic servo system,in order to find the failt,we need analys electric and Hydraulic together.In order to illustrate the problem,the analysis of a typical fault is carried out.

seamless steel pipe,FQM pipe plant,hydraulic servo system,maintenance,failt

TG305

A

蔣天彥,工程師,主要從事液壓設(shè)備方面維護(hù)保養(yǎng)工作。

1001-5108(2016)05-0056-06