結(jié)晶器液壓振動(dòng)伺服閥問題與處理

李亞志

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司天津301500）

0 引言

結(jié)晶器液壓振動(dòng)對鑄坯脫模、保護(hù)渣消耗方面有著明顯的優(yōu)勢，同時(shí)可以在生產(chǎn)狀態(tài)下修改振動(dòng)波形、振動(dòng)幅度和振動(dòng)頻率，對鑄坯表面質(zhì)量和產(chǎn)量都有積極作用。天鋼聯(lián)合特鋼公司2 號(hào)連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置采用的是液壓振動(dòng)，2020 年對液壓振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，驅(qū)動(dòng)總成及電氣控制均采用了MOOG 最先進(jìn)的伺服系統(tǒng)，其中伺服閥屬于精密控制設(shè)備，對現(xiàn)場使用維護(hù)要求很高，在連鑄機(jī)產(chǎn)生運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)各種故障。

本文對2 號(hào)連鑄機(jī)液壓振動(dòng)伺服閥常見問題進(jìn)行了歸納和總結(jié)，通過對伺服閥問題原因的分析和研究，提出了伺服閥常見故障的處理措施，并結(jié)合伺服閥的結(jié)構(gòu)特性有針對性的制定出日常維護(hù)要求。

1 結(jié)晶器液壓振動(dòng)伺服閥常見問題

1.1 結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置

天鋼聯(lián)合特鋼公司2 號(hào)連鑄機(jī)結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置為內(nèi)弧全板簧結(jié)構(gòu)，每流振動(dòng)裝置配置1 套伺服液壓驅(qū)動(dòng)總成，通過振動(dòng)臂的動(dòng)力傳遞以及板簧結(jié)構(gòu)約束實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器總成的仿弧運(yùn)動(dòng)，結(jié)晶器液壓振動(dòng)總成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置

其中液壓驅(qū)動(dòng)總成主要部件包括：振動(dòng)液壓缸、位移傳感器、伺服閥、MOOG 控制器。位移傳感器主要用來檢測振動(dòng)液壓缸活塞桿實(shí)時(shí)位置，連鑄計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將結(jié)晶器振動(dòng)工藝參數(shù)下發(fā)給MOOG 控制器，MOOG 控制器實(shí)時(shí)計(jì)算著時(shí)間軸及理論位移值，同時(shí)將理論位移值與位移傳感器實(shí)測的位移值反饋送入控制器高速計(jì)算單元。高速計(jì)算單元中的P/I 調(diào)節(jié)模塊可以根據(jù)不同工況自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)，同時(shí)可以根據(jù)振動(dòng)缸運(yùn)行方向及兩腔實(shí)時(shí)壓力預(yù)判運(yùn)行趨勢，各項(xiàng)參數(shù)疊加計(jì)算后控制器將控制信號(hào)輸出給伺服閥，保證伺服缸高精度的按照設(shè)定時(shí)間位置軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)[1]。液壓驅(qū)動(dòng)總成原理如圖2 所示。

圖2 液壓驅(qū)動(dòng)總成原理

1.2 液壓振動(dòng)伺服閥常見問題

伺服閥是液壓驅(qū)動(dòng)總成的核心部件，如果伺服閥出了問題，那么振動(dòng)裝置就無法按照給定曲線運(yùn)行，影響鑄坯脫模效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)事故導(dǎo)致停產(chǎn)[2]。伺服閥常見問題如下：

（1）振動(dòng)裝置無振動(dòng)。檢查液壓系統(tǒng)無異常，手動(dòng)操作下，閥塊的P 腔油路有微弱振動(dòng)，用手觸摸P腔外部連接管路，能感覺到油路的輕微沖擊感，但主控畫面上可以看出閥芯實(shí)時(shí)位置與程序計(jì)算位置的偏差超過安全值。

（2）液壓振動(dòng)裝置起始位置飄移。在準(zhǔn)備模式開啟后，MOOG 控制程序要檢查振動(dòng)框架物理運(yùn)行范圍，然后計(jì)算出起始位置，起始位置可以在畫面設(shè)定，一般設(shè)定物理運(yùn)行范圍的中間位置，但有時(shí)位移傳感器輸出信號(hào)經(jīng)常偏離起始位置，來回上下移動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)運(yùn)行。

（3）運(yùn)行位移行程大于設(shè)定值。結(jié)晶器外弧基準(zhǔn)線位置的往復(fù)運(yùn)行行程一般設(shè)定為正負(fù)3.5 mm，實(shí)際澆鑄中，往復(fù)行程會(huì)隨著澆鋼速度的增長而變小，偶爾出現(xiàn)澆鋼速度沒有調(diào)整而運(yùn)行行程突然變大，通過激光測距儀檢測運(yùn)行行程，發(fā)現(xiàn)行程與設(shè)定值偏差在1.0 mm 以上。

（4）振動(dòng)頻率不穩(wěn)定。振動(dòng)參數(shù)未變化的前提下，振動(dòng)頻率時(shí)快時(shí)慢。

（5）振動(dòng)采集曲線突變（如圖3 所示）。正常生產(chǎn)時(shí)，參數(shù)設(shè)定為正弦振動(dòng)或非正弦振動(dòng)，實(shí)時(shí)采集曲線連續(xù)順滑，與設(shè)定曲線高度吻合。因伺服閥問題，實(shí)時(shí)采集曲線局部突變，與設(shè)定曲線瞬時(shí)偏離又快速貼合，突變時(shí)間及位置無規(guī)律，將新的伺服閥備件替換后，問題隨即消失。

圖3 振動(dòng)采集曲線突變

（6）伺服液壓缸偶發(fā)亂顫。鋼坯拉下后，MOOG控制器無輸出的狀態(tài)下，伺服液壓缸出現(xiàn)無規(guī)則的亂顫，持續(xù)時(shí)間約3～5 s，間歇出現(xiàn)，檢查電氣線路及液壓系統(tǒng)，均無異常。

（7）伺服液壓缸停止位變化。在MOOG 控制器輸出關(guān)閉后，在結(jié)晶器的重力下，伺服液壓缸的缸桿被完全拉出，但有時(shí)缸桿會(huì)出現(xiàn)完全縮回的狀況，檢查控制輸入信號(hào)正常，更換伺服閥后恢復(fù)正常。

2 液壓振動(dòng)伺服閥問題原因分析及處理措施

2.1 液壓振動(dòng)伺服閥問題原因分析

通過現(xiàn)場跟蹤和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)由液壓油污染造成伺服閥失效約占比70%；由伺服閥磨損造成的失效占比15%，由電氣造成的失效占比10%，其它原因占比5%。

（1）液壓油污染度超標(biāo)。伺服閥是一種精密元件，對油質(zhì)潔凈度和酸值有嚴(yán)格要求，油液中雜質(zhì)顆粒過大，極易造成閥芯卡阻；油液酸值升高，會(huì)對零件造成腐蝕，使泄漏增加。體現(xiàn)在閥體性能上，主要是零偏變大，頻響下降，滑閥卡滯，波形跟隨性差。

（2）伺服閥磨損嚴(yán)重。由于結(jié)晶器振動(dòng)裝置振動(dòng)頻率較高，閥芯與閥套長期相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致泄漏變大，零偏變大，增益下降，零漂超標(biāo)。

（3）電氣故障因素。主要表現(xiàn)為：伺服閥線圈斷線，引線松動(dòng)或脫落，電流過大燒壞伺服閥線圈，殼體密封圈老化導(dǎo)致外部水蒸汽進(jìn)入造成短路。上述幾種情況，都會(huì)造成實(shí)時(shí)位移檢測功能喪失，進(jìn)而導(dǎo)致閥芯無法按照給定信號(hào)執(zhí)行動(dòng)作。

（4）其他故障因素。主要包括：閥體內(nèi)部O 型圈在高溫和蒸汽下變質(zhì)脆裂，液壓油進(jìn)入伺服線圈內(nèi)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩馬達(dá)失靈，閥無動(dòng)作；伺服閥復(fù)位彈簧老化失效，不能及時(shí)回位，導(dǎo)致波形跟隨性差。

2.2 液壓振動(dòng)伺服閥常見問題處理措施

針對上述問題及原因分析，結(jié)合2 號(hào)連鑄機(jī)多年液壓振動(dòng)伺服閥維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，列出了伺服閥問題的具體表現(xiàn)以及產(chǎn)生原因與處理措施（見表1）。

表1 伺服閥問題原因與處理措施

3 液壓振動(dòng)伺服閥日常維護(hù)要求

3.1 嚴(yán)格執(zhí)行日常維護(hù)管理規(guī)程

（1）保證油箱和油路清潔。油箱材質(zhì)要選用304不銹鋼，避免箱體內(nèi)壁生銹脫落污染油液；取樣或加油后要保證箱體密封，透氣孔等處應(yīng)加空氣濾清器，定期檢查清理，避免外部揚(yáng)塵顆粒進(jìn)入油箱；油路清潔需要及時(shí)更換濾芯來實(shí)現(xiàn)，濾芯更換周期不大于6 個(gè)月。

（2）定時(shí)檢查油液清潔度、更換液壓油。液壓油在長期工作中會(huì)產(chǎn)生氧化，尤其避免油液長期高溫運(yùn)行，油液變質(zhì)后，潤滑性變差，會(huì)加劇液壓系統(tǒng)內(nèi)的元件磨損，產(chǎn)生金屬碎屑顆粒無法排除，進(jìn)而加劇伺服閥堵塞和磨損。因此生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)務(wù)必保證油箱冷卻水通暢充足，出現(xiàn)油箱溫度報(bào)警后，要及時(shí)排查原因并恢復(fù)油箱溫度。油液檢測周期不大于20天，油液更換周期不大于2 年。

（3）定期檢查維護(hù)伺服閥。結(jié)晶器振動(dòng)伺服閥往復(fù)頻率非常高，閥芯與閥套配合緊密，油液有顆粒的情況下很容易磨損，為保障伺服的性能，正常情況下1 年左右檢測一次伺服閥。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重零偏時(shí)，應(yīng)首先排除外部各環(huán)節(jié)的問題，然后再查伺服閥本體，先對閥體高壓油入口處的濾網(wǎng)進(jìn)行清污，如問題仍舊存在，需要將問題伺服閥送至專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行排查修復(fù)，修復(fù)后的伺服閥應(yīng)先在線外檢測設(shè)備上對各項(xiàng)關(guān)鍵性能進(jìn)行驗(yàn)證，然后才能準(zhǔn)予上線；更換伺服閥前，維護(hù)人員應(yīng)保持作業(yè)環(huán)境潔凈衛(wèi)生，避免揚(yáng)塵，先使用過渡塊短接油路對管路進(jìn)行沖洗，沖洗完成后再打開伺服閥外包裝進(jìn)行線上安裝。

（4）定期檢查電氣線路。緊固接線端子，防止接觸不良。

（5）關(guān)鍵線路屏蔽保護(hù)。對關(guān)鍵信號(hào)線路易受干擾的區(qū)間部位進(jìn)行屏蔽保護(hù)。

3.2 加強(qiáng)伺服閥性能日常檢測

鑒于伺服閥性能對鑄機(jī)生產(chǎn)影響重大，除了有豐富的現(xiàn)場維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，還要利用伺服閥性能檢測設(shè)備對線上線下伺服閥進(jìn)行檢測。

3.2.1 伺服閥檢測設(shè)備主要功能

利用伺服閥檢測設(shè)備可對伺服閥作基本調(diào)整，完成伺服閥的主要靜態(tài)性能測試和動(dòng)態(tài)性能測試；伺服閥檢測設(shè)備不僅可以對線上伺服閥進(jìn)行調(diào)整檢測，同時(shí)也可以對全新閥和修復(fù)閥做上線前的檢測，避免不合格的伺服閥上線造成不必要的停機(jī)。

3.2.2 伺服閥檢測設(shè)備構(gòu)成

伺服閥檢測設(shè)備主要由西門子模塊、信號(hào)放大器、操作面板構(gòu)成。西門子模塊包括：電源模塊；位運(yùn)算0.01 μ 的高速運(yùn)算CPU 模塊S1516-3PN/DP；高速采集、輸出功能模板AI-HS、AO-HS；高速位置模塊TM PosInput 2。信號(hào)放大器可將位置SSI 信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20 mA 模擬信號(hào)。操作面板為觸摸液晶屏，可顯示并修改伺服閥參數(shù)。操作面板和CPU 之間通過DP網(wǎng)線連接；伺服閥和位移傳感器與檢測箱體通過航空插頭連接，所有接口同線上設(shè)備一致，高效快捷。

4 結(jié)語

伺服閥是結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置的核心，雖然其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配精密，但只要使用和維護(hù)得當(dāng)，可靠性和使用壽命是有保障的。本文結(jié)合2 號(hào)連鑄機(jī)多年液壓振動(dòng)伺服閥使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對伺服閥在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了歸納總結(jié)，對問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。通過采取有針對性的的處理措施、嚴(yán)格執(zhí)行日常維護(hù)要求以及加強(qiáng)伺服閥性能日常檢測，2 號(hào)連鑄機(jī)結(jié)晶器液壓振動(dòng)伺服閥運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較伺服閥升級改造初期明顯改善，降低了由液壓振動(dòng)伺服閥故障引發(fā)的連鑄產(chǎn)生事故，伺服閥由升級改造初期的燙手山芋變成了連鑄機(jī)的高產(chǎn)利器。