軋機液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元件性能實驗研究

徐 寧，鄭 圓

(馬鋼集團公司 重機公司 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼1720冷軋軋機是從日本三菱日立公司引進，于2003年開始投產(chǎn)，其液壓系統(tǒng)是由日立公司開發(fā)，至今已連續(xù)生產(chǎn)15年，其中軋機壓上液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能指標都有所變化。我們分析了近十年的故障案例，其關(guān)鍵元件包括液壓泵、伺服閥、液壓缸的故障的比例較高。由于冷軋軋機液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜，關(guān)鍵元件的性能檢測及故障快速判斷就成為了軋機液壓系統(tǒng)故障解決的核心問題。

1 液壓主泵性能實驗研究

液壓泵性能試驗臺原理圖如圖1所示。對該恒壓式變量泵進行檢測時，通過設(shè)定泵出口比例溢流閥的壓力，模擬在不同工況下的負載，從而得到對應(yīng)壓力下的流量的數(shù)值。得到軋機液壓系統(tǒng)主泵的壓力流量特性曲線。

圖1 液壓泵性能試驗臺原理圖

通過改變試驗臺泵出口比例溢流閥設(shè)定，得到泵輸出流量變化數(shù)據(jù)，得出壓力流量特性曲線如圖2。

圖2 測試壓力流量曲線

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，當泵出口壓力為系統(tǒng)設(shè)定壓力時，流量輸出為零；當泵出口的壓力小于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，泵最大流量輸出。測試所得出的流量特性曲線與設(shè)備制造商給出的流量特性曲線基本相符，可滿足軋機AGC液壓系統(tǒng)的工作需求。從測試實驗也可以發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)需要大流量時系統(tǒng)壓力會明顯下降，因此對于現(xiàn)場出現(xiàn)的系統(tǒng)壓力低的故障，除了對恒壓變量泵檢查外，還要檢查液壓系統(tǒng)內(nèi)各回路的流量異常循環(huán)。

2 力馬達伺服閥性能實驗研究

力馬達伺服閥的測試根據(jù)伺服閥的測試標準，在液壓測試平臺對力馬達伺服閥的靜態(tài)性能以及空載下的動態(tài)性能進行測試。立馬達閥性能測試平臺如圖3所示。力馬達伺服閥通過與其底板尺寸相匹配的轉(zhuǎn)接塊安裝在實驗平臺的測試回路中，通過換向閥改變連接流量計、壓力傳感器的回路，切換實驗平臺不同性能測試功能，即壓力增益測試、流量測試增益、內(nèi)泄漏測試。

圖3 力馬達伺服閥測試平臺原理實物圖

力馬達伺服閥靜態(tài)特性的流量特性測試：力馬達閥的額定輸入電流為±10 A，正常工作主要區(qū)間±1 A，實驗選擇了±3 A的范圍內(nèi)進行測試，實驗壓力選擇在了20MPa進行測試，得到的流量特性曲線如圖4所示。

圖4 力馬達流量特性曲線

由力馬達伺服閥流量特性曲線可知，力馬達伺服閥具有零偏特性，零偏位置在-0.2 A。根據(jù)前文的AGC液壓系統(tǒng)的原理研究，分析可知設(shè)置負的零偏電流并非閥的異常故障，是為了保證軋機在異常斷電時，力馬達伺服閥的閥芯偏移保持壓上缸無桿腔的與系統(tǒng)回油接通，保證壓上缸可自動復(fù)位，避免在異常情況下力馬達伺服閥控制壓上缸活塞桿伸出，造成事故。

3 壓上缸的性能實驗研究

軋機AGC液壓缸實驗臺如圖5所示，主要由模擬機架、動力源、伺服閥、位移傳感器、計算機輔助系統(tǒng)等部分組成。測試平臺由恒壓變量泵提供壓力源，由伺服閥控制進行靜態(tài)和動態(tài)性能的測試，由位移傳感器進行位移檢測。

圖5 AGC液壓缸實驗臺原理實物圖

對壓上缸的靜態(tài)性能測試，得到壓上缸最小起動壓力曲線如圖6所示，最小起動壓力為0.041 MPa。壓上缸的動態(tài)性能測試得到階躍響應(yīng)曲線如圖7示，給定階躍值0.1 mm，響應(yīng)時間16 ms；壓力15 MPa，振幅值±0.1 mm，幅頻寬21.72 Hz，相頻寬20.33 Hz。通過對壓上缸的特性測試所得出的數(shù)據(jù)可知圖8，所測試的壓上缸動作靈敏，動態(tài)性能好，響應(yīng)頻率可以達到20.33 Hz。同樣可知壓上缸響應(yīng)頻率雖然達到20 Hz，但其響應(yīng)頻率仍遠低于力馬達伺服閥的響應(yīng)頻率，表明壓上缸性能對整個AGC系統(tǒng)的響應(yīng)。

圖6 起動壓力曲線 圖7 階躍響應(yīng)曲線 圖8 頻率響應(yīng)性能曲線

4 總結(jié)

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，當泵出口壓力為系統(tǒng)設(shè)定壓力時，流量輸出為零；當泵出口的壓力小于系統(tǒng)設(shè)定壓力時，泵最大流量輸出。測試所得出的流量特性曲線與設(shè)備制造商給出的流量特性曲線基本相符，可滿足軋機AGC液壓系統(tǒng)的工作需求。從測試實驗也可以發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)需要大流量時系統(tǒng)壓力會明顯下降，因此現(xiàn)場出現(xiàn)的系統(tǒng)壓力低報警故障，除了對恒壓變量泵檢查外，還要檢查液壓系統(tǒng)內(nèi)各回路的流量異常循環(huán)。

馬達伺服閥靜態(tài)特性的流量特性測試：力馬達閥的額定輸入電流為±10 A，正常工作主要區(qū)間±1 A，實驗選擇了±3 A的范圍內(nèi)進行測試，實驗壓力選擇在了20 MPa進行測試，最佳零位為-0.35 A。

測試的壓上缸動作靈敏，動態(tài)性能好，響應(yīng)頻率可以達到20.33 Hz。同樣可知壓上缸響應(yīng)頻率雖然達到20 Hz，但其響應(yīng)頻率仍遠低于力馬達伺服閥的響應(yīng)頻率，表明壓上缸性能對整個AGC系統(tǒng)的響應(yīng)。