軋機液壓系統(tǒng)主要故障與診斷

1、 第三章 軋機液壓系統(tǒng)主要故障與診斷 新型軋機系統(tǒng)是機、電、液、氣、儀一體化的大型復雜系統(tǒng)，其結構與功能的復雜性決定了故障機理的復雜性以及故障診斷的困難度。軋機系統(tǒng)高精度與高可靠性要求使故障診斷任務更加艱巨。這一章根據作者在軋機液壓系統(tǒng)設計分析、故障診斷與維修領域的長期實踐與積累，對現代新型軋機液壓故障的癥狀、原因，以及故障分析的過程和方法等進行總結與提煉。主要是概括軋機控制系統(tǒng)（AGC系統(tǒng)、CVC系統(tǒng)、彎輥系統(tǒng)、活套系統(tǒng)）的常見故障，整理故障分析的基本思路與程序、列出故障樹，并總結出故障癥狀與原因的關系。同時，也對軋機液壓控制故障與產品質量的關系進行分析。上述內容是軋機智能診斷與監(jiān)測系統(tǒng)的主

2、要專家知識。3.1 液壓壓下與AGC液壓故障與分析3.1.1 液壓壓下及AGC故障概述液壓壓下裝置用于作為針對軋制力變化實施厚度調節(jié)系統(tǒng)的一種快速精確調節(jié)定位系統(tǒng)。（1）功能投入的條件AGC由液壓伺服位置系統(tǒng)實現，通過伺服閥調節(jié)保持中心點恒定。每臺軋機由兩個壓下缸，分別位于操作側和驅動側；每個壓下缸有兩個位置傳感器，分別位于入口側和驅動側，壓下缸的位置是兩傳感器位置值的平均值。伺服閥的前后各用一個止回閥，止回閥在調節(jié)器正常工作時處于開通狀態(tài)。當調節(jié)器處于斷開，由于伺服閥不能保證完全密封，這時止回閥起作用，關閉油路，短時間維持油缸里的壓力不變。當功能斷開時，壓下系統(tǒng)的卸荷閥起作用，液壓缸回程，把

3、油路的油排回油箱。液壓壓下功能的投入與控制系統(tǒng)許多參量有關，必須同時滿足以下條件：已通過“工作方式”、“手動”或“電磁閥控制”等選項將功能選定；油源供油正常；閥控制系統(tǒng)正常(軟硬件正常，調節(jié)鑰匙不在手動狀態(tài))；位置傳感器正常，即兩側位置無偏差；油缸位置正常； CPU正常無故障，系統(tǒng)電源、控制柜不在測試狀態(tài)。液壓系統(tǒng)不在緊急停止狀態(tài)。（2）AGC系統(tǒng)主要故障 AGC主要故障有：1)傳感器故障，包括位置、油缸油壓、軋制力傳感器故障。 液壓壓下實際值(任一側)24.5mm，或4mm，可能：位置傳感器故障。 兩油壓缸傳感器偏差2.3mm，壓下封鎖（即有關參數超差時，壓下功能中斷，以保護設備），可能：位

4、移傳感器故障、伺服閥或油缸泄漏、偏差或零調不準。軋制力2.3mm，即必有1套液壓位置伺服系統(tǒng)存在故障，結合伺服系統(tǒng)狀態(tài)分析，如驅動電流變化趨勢可對故障進行定位。一般來說，趨勢變化過快的系統(tǒng)更有可能存在故障。3）控制邏輯故障，BA（Basic Automation）給出控制邏輯信號，而實際電磁閥不動作，可能故障：電氣斷線、或電磁閥卡死等，整個伺服系統(tǒng)無法工作。4）電磁閥(邏輯功能閥)開關狀態(tài)與測壓點壓力關系若不符合，可能故障：電氣斷線；或電磁閥卡死。5）壓力故障，主要有：預控限壓閥在工作時沒有處于溢流狀態(tài)，檢查：溢流閥實際狀態(tài)，溢流壓力設定值，是否附合實際工況(如過低)，軋制時，油缸工作腔壓力應

5、基本滿足：P1xS1=P2xS2+F(對應側軋制力)，P2=20bar。卸荷狀態(tài),油缸工作腔壓力，背壓為40bar。6）零偏電流I趨勢分析：當零偏電流小于滿量程10%(約3mA)范圍內變化時，伺服閥正常；當零偏電流大于滿量程30時，伺服閥應更換。零偏電流I逐步增大，可能故障：伺服閥或壓下油缸壽命性故障，如：磨損、泄漏、電氣老化等，但控制性能基本達到要求，可能使控制位置略有漂移等現象。零偏電流I突然增大，可能故障：伺服閥突發(fā)性故障、或油缸卡死。如反饋桿斷裂、力矩馬達卡滯、小球脫落、節(jié)流孔堵塞等，將使伺服系統(tǒng)失控?？筛鶕娏鱅、油缸壓力P、伺服閥B腔壓力、油缸位置S等參量進行故障定位。其特征：驅動

6、電流I突然增大(幅度很大)；油缸位置偏向一端無法控制。伺服閥控制電流I變化，而B腔壓力不變，可能故障：電氣斷線、或伺服閥故障、或液控制單向閥故障(故障率很低)。B腔壓力隨伺服閥電流I變化，可能故障：伺服閥故障、或壓下油缸故障。 3.1.2 AGC液壓控制系統(tǒng)故障樹分析35AGC系統(tǒng)故障樹如圖3-1所示。AGC液壓伺服子系統(tǒng)故障樹如圖3-2所示。 圖3-1 AGC液壓系統(tǒng)故障樹 圖3-2 AGC液壓伺服子系統(tǒng)故障樹3.1.3 AGC液壓控制系統(tǒng)故障歸類AGC液壓控制位置系統(tǒng)是精軋機組液壓控制系統(tǒng)的核心，故障引起最終特征量表現以下幾個方面：第一，位置控制精度達不到要求，如某一位置傳感器測量值大于極

7、限位，或同一壓下油缸位置值超差，或兩壓下油缸位置在T時間內超差；第二，壓下油缸壓力過高/過低，或壓力建立不起來；第三，伺服閥驅動零偏電流大于正常范圍；第四，壓下油缸偏向一端，或不受控。其歸類如表3-1與表3-2所示。 表3-1 AGC液壓控制系統(tǒng)故障-現象對應表故障現象位置傳感器損壞同側油缸位置超差位置傳感器零點漂移兩則位置不同步，可能在T時間內位置仍然超差油缸泄漏伺服閥驅動電流過大，對零偏電流I趨勢分析。當油缸卡死時，位置無法控制伺服放大器零點或放大系數漂移位置偏差過大，零偏電流可能出現偏差，還可能引起兩則位置不同步，可能在T時間內位置仍然超差伺服閥壽命性故障伺服閥零偏電流趨勢增大，對零偏電

8、流I趨勢分析伺服閥突發(fā)性故障油缸位置無法控制或偏向某一端，零偏電流突然增大溢流閥調壓力過高當伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時，可能引起油缸壓力過高溢流閥調壓力過低當伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時，可能引起油缸壓力過低溢流閥損壞壓力建立不起，或起不到溢流作用機械與電氣零點不一致伺服系統(tǒng)驅動零偏電流增大液控單向閥故障壓下油缸位置無法控制，偏向某一端電氣斷線位置無法控制，但對應沒有驅動電流 表3-2 AGC液壓控制系統(tǒng)故障-原因對應表現象故障原因位置超過極限位1、位移傳感器損壞同一壓下缸兩側位移超差1、 位置傳感器故障，如零漂兩壓下油缸位置在T時間內超差1、 1、伺服閥故障，如磨損、泄漏2、 2、伺服放大器零漂3、油缸嚴重泄

9、漏壓力過高1、 伺服閥故障，如卡死等，對應溢流閥調壓過高2、 油缸卡死，對應溢流閥調壓過高3、 壓力傳感器故障，如零漂、損壞4、 軋制力過高壓力過低1、 溢流閥調壓過低2、 伺服閥、油缸泄漏壓力建立不起來1、 溢流閥卸荷2、 液控單向閥故障3、 伺服閥卡死4、 電氣斷線伺服閥零偏電流逐漸增大1、 伺服閥壽命性故障，如磨損、泄漏2、 油缸泄漏、磨損3、 機械與電氣零點不一致伺服閥零偏電流突然增大1、 伺服閥故障，如堵塞2、 油缸卡死壓下缸位置不受控1、 溢流閥卸荷，同時壓力也建立不起來2、 液控單向閥故障，同時壓力也建立不起來3、 伺服閥卡死、堵塞，驅動電流不為零4、 油缸卡死，驅動電流不為零5

10、、 電氣斷線，驅動電流為零3.2 CVC液壓故障與分析3.2.1 CVC液壓故障概述CVC主要故障有：1) 位置傳感器故障。BA給定位置設定信號，CVC油缸位移不到位，主要有：單個位置傳感器測量值極限位，或控制過程中位置傳感器輸出信號不變，即可能位置傳感器故障；同一個輥兩個位置傳感器位置差|E-A|5mm，報警；上、下兩輥|UP|-|DOWN|2mm，封鎖?？赡芄收希阂簤核欧到y(tǒng)零點漂移、油缸卡滯等。分析位移偏差量的變化趨勢。2) 壓力傳感器故障：不影響位置控制系統(tǒng)，引起軸向力計算錯誤。原則上CVC液壓控制油缸上下兩側作用力基本相等，可根據對稱性判斷故障，可能故障：壓力傳感器故障(與位置傳感器

11、聯合判斷)、油缸卡滯、伺服閥故障。3) 不同步故障：CVC液壓控制系統(tǒng)由四套獨立且完全相同液壓位置伺服系統(tǒng)分別控制上、下工作輥的沿相反方向軸向移動。4個位置設定一樣，4個液壓缸的移動位置絕對量可以互相作為參考基準進行故障診斷。同時，考慮系統(tǒng)響應和克服干擾，采用時間段T信號進行平滑濾波，當同一個輥兩個位置傳感器位置差|E-A|5mm，即必有1套液壓位置伺服系統(tǒng)存在故障，結合伺服系統(tǒng)狀態(tài)分析，可對故障進行定位。當上、下兩輥|UP|-|DOWN|2mm，同樣可能上輥、或下輥某2套液壓位置伺服系統(tǒng)存在故障，結合伺服系統(tǒng)狀態(tài)分析，可對故障進行定位。同時，并可分析4套液壓位置控制系統(tǒng)位移偏差量的變化趨勢，

12、進行更快的定位。一般來說，趨勢變化過快的控制更有可能存在故障。 4) 液壓系統(tǒng)故障：供油系統(tǒng)壓力不足，通過測量系統(tǒng)壓力獲得。電磁閥控制功能失靈，液控單向閥閥芯卡死或泄漏，從而引起整個或某側CVC液壓控制系統(tǒng)無法工作。 5) 控制邏輯故障，若不符合邏輯關系，一是BA給出控制邏輯信號與實際電磁閥動作不一致，伺服系統(tǒng)狀態(tài)與預設定方式不一致，可能故障：接線不正確或亂碼。另一類是BA給出控制邏輯信號，而實際電磁閥不動作，可能故障：電氣斷線、或電磁閥卡死等，整個伺服系統(tǒng)無法工作。CVC移動時，電磁閥狀態(tài)錯誤，引起液控單向閥封鎖，油缸兩端壓力基本不變，油缸不移動。CVC移動緊急斷開時，若電磁閥狀態(tài)錯誤，油缸

13、兩端壓力將發(fā)生變化。6) 調節(jié)器封鎖：系統(tǒng)應符合CVC功能投入條件，如：硬件好，傳感器沒有故障；開關自動狀態(tài)；BA硬件好（油庫準備好）等。否則調節(jié)器封鎖。7) 液壓伺服系統(tǒng)，正常工況下，伺服閥零偏電流應I極限值油缸泄漏伺服閥驅動電流過大，對零偏電流I趨勢分析。當油缸卡死時，位置無法控制伺服放大器零點或放大系數漂移位置偏差過大，零偏電流可能出現偏差過大伺服閥壽命性故障伺服閥零偏電流值趨勢增大伺服閥突發(fā)性故障油缸位置無法控制或偏向某一端，零偏電流突然增大溢流閥調壓力過低位置偏差過大，當卸荷時油缸位置無法控制。液控單向閥故障油缸位置無法控制 表3-4 CVC液壓控制系統(tǒng)故障-原因對應表現象故障原因位

14、置大于極限位1、 位移傳感器故障同一輥位移不同步(如偏差5mm，某時間內達不到同步)1、 伺服閥故障，零偏電流較大2、 位移傳感器零漂，零偏電流基本正常3、 油缸嚴重泄漏或卡滯，零偏電流較大油缸壓力建立不起1、 溢流閥卸荷、液控單向閥故障2、 伺服閥突發(fā)性故障3、 電氣斷線壓力建立不起1、 溢流閥卸荷2、 液控單向閥卡死3、 伺服閥故障，如堵塞，零偏電流突然增大油缸位置無法控制1、 液控單向閥故障、溢流閥卸荷2、 邏輯控制錯誤3、 伺服閥故障，如堵塞，零偏電流突然增大4、 油缸卡死5、 位置傳感器損壞伺服閥零偏電流逐漸增大1、 伺服閥故障，如磨損2、 油缸泄漏3、 電氣零點與機械零點不一致4、

15、 位移傳感器零漂過大伺服閥零偏電流突然增大1、 伺服閥故障，如堵塞2、 油缸卡死3.3 彎輥液壓控制系統(tǒng)故障的分析 彎輥系統(tǒng)故障機理相對復雜，故障檢測也比較困難，彎輥系統(tǒng)故障易引起廢品。為提高控制系統(tǒng)壓力(或彎輥力)的精度，降低偏差并減少故障，可對電液伺服彎輥力控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進行理論建模，在理論模型中進行參數最優(yōu)化分析。然后根據對控制系統(tǒng)的實測獲得的動態(tài)性能數據，再在實際運行系統(tǒng)上進行參數設定與優(yōu)化，達到保證系統(tǒng)動態(tài)響應精度的目的。3.3.1 彎輥液壓故障概述彎輥系統(tǒng)有4套雙作用的油缸，安裝在彎輥箱里。整個控制過程是兩套液壓伺服力控制系統(tǒng)，和兩套恒壓緊急平衡控制系統(tǒng)。彎輥箱分別依附在軋機機架上

16、，油缸作用在上下工作輥軸承箱上，并行接通傳動側和操作側的油缸，彎輥系統(tǒng)背壓20bar。四套油缸向上作用不僅作為上軋輥的平衡油缸，平衡力使工作輥頂上上支承輥，以確保在轉速變動時有一個最佳的摩擦接觸；而且也作為上工作輥的彎輥油缸，四套油缸向下作用產生下工作輥必要的彎輥力，使之改變凸度。在輥縫打開時，平衡系統(tǒng)用設定平衡力將工作輥壓向支承輥，必須使支承輥隨著工作輥形成接觸摩擦，特別是平衡力應該比裝配好的工作輥和支承輥的重量大。軋制彎輥力通過動態(tài)調節(jié)，并且在軋制間隙采用平衡力。咬鋼時用初始設定值。軋制時采用前反饋。帶鋼離開機架時，給上新的設定值，包括四種狀態(tài)：正常彎輥、平衡彎輥、緊急彎輥、停止等狀態(tài)。彎

17、輥液壓系統(tǒng)主要故障有：(1) 壓力傳感器故障主要反映BA給定信號后，液壓伺服系統(tǒng)沒有輸出信號、或兩側壓力偏差過大。壓力傳感器經常損壞的原因是由于液壓缸壓力沖擊很大。提高壓力傳感器工作的可靠性；可采用如下二類方法：測試、分析控制系統(tǒng)阻尼比，提高控制系統(tǒng)阻尼比。分析油缸壓力信號峰值與頻率成份，在測壓點與壓力傳感器間加裝機械濾波器。該濾波器要滿足兩個方面條件：一方面，滿足控制系統(tǒng)的動態(tài)響應要求；另一方面，濾去壓力沖擊信號；從而提高壓力傳感器的壽命。 (2) 壓力值差大彎輥液壓控制系統(tǒng)由兩套獨立且完全相同液壓壓力伺服系統(tǒng)分別控制DS、OS側4只雙作用油缸。正常工作時，其設定同一值，兩套系統(tǒng)壓力應該一樣

18、，考慮系統(tǒng)響應和克服干擾，將T時間段信號進行平滑濾波。當兩個壓力值差|P1-P2|P時，即必有1套液壓位置伺服系統(tǒng)存在故障，結合伺服系統(tǒng)狀態(tài)分析，可對故障進行定位。(3)控制邏輯關系、操作方式與對應測壓點關系不符合BA給出控制邏輯信號，而實際電磁閥不動作，可能故障：電氣斷線、或電磁閥卡滯等，整個伺服系統(tǒng)無法工作?；蛘卟环弦?guī)定，可能故障：電磁閥控制功能失靈，液控單向閥閥芯卡住或泄漏，從而引起整個或某側彎輥液壓控制系統(tǒng)無法控制。(4)調節(jié)器封鎖液控單向閥處于封鎖狀態(tài)，即整個液壓伺服系統(tǒng)封鎖，必須中斷各個電氣控制。液壓伺服系統(tǒng)工作過程中，正常工況下，伺服閥零偏電流，應小于滿量程10%(3mA)。而

19、當零偏大于滿量程的30時，伺服閥需更換。零偏I逐步增大，控制基本達到要求，壓力值可能漂移，可能故障：伺服閥、油缸壽命性故障，如磨損、泄漏、電氣老化等。電流I突然增大，且兩側壓力偏差超差，彎輥系統(tǒng)轉換為緊急平衡狀態(tài)，可能故障：伺服閥突發(fā)性故障，如卡滯、堵塞等，或油缸卡滯。3.3.2 彎輥液壓控制系統(tǒng)故障樹分析彎輥液壓控制系統(tǒng)故障樹如圖3-4所示。圖3-14 彎輥液壓控制系統(tǒng)故障樹 3.3.3 彎輥液壓控制系統(tǒng)故障歸類彎輥液壓控制系統(tǒng)伺服是壓力控制系統(tǒng)，其故障最終特征表現以下幾個方面：同側壓力傳感器測量值超差。伺服閥驅動零偏電流大于正常范圍。某油缸壓力與設定值超差。某油缸壓力不受控。其故障-現象歸

20、類如表3-5所示。其故障-原因歸類表3-6所示。 表3-5 彎輥液壓控制系統(tǒng)故障-現象對應表故障現象控制壓力傳感器零點漂移壓力偏差過大，壓力傳感器損壞對應油缸位置無法控制，或同側壓力值超差油缸泄漏伺服閥驅動電流過大，對零偏電流I趨勢分析。伺服閥壽命性故障伺服閥驅動電流過大，對零偏電流I趨勢分析伺服閥突發(fā)性故障伺服閥驅動電流突然增大，或電流為零壓力無法控制液控單向閥故障油缸位置無法控制電磁閥卡滯緊急彎輥，壓力為一隨機值電氣斷線油缸壓力不受控電氣與機械零點不一致伺服系統(tǒng)驅動電流較大 表3-6 彎輥液壓控制系統(tǒng)故障-原因對應表現象故障原因同側壓力超差1、 對應與設定值超差的壓力傳感器故障兩側壓力控制

21、不同步(即在一定時間內達不到相同值)1、 控制壓力傳感器零點漂移2、 伺服閥故障，如堵塞3、 油缸卡滯4、 液控單向閥故障緊急彎輥，壓力不等于系統(tǒng)壓力1、 電磁閥卡滯2、 邏輯控制錯誤壓力不受控1、 控制壓力傳感器損壞2、 液控單向閥故障3、 電氣斷路4、 伺服閥故障，如卡死、堵塞伺服閥零偏電流逐漸增大1、 伺服閥故障，如磨損2、 油缸泄漏3、 電氣零點與機械零點不一致4、 位移傳感器零漂過大伺服閥零偏電流突然增大1、伺服閥故障，如堵塞2、油缸卡死3、 電氣與機械零點不一致3.4 活套液壓故障的分析3.4.1 活套液壓故障概述活套系統(tǒng)控制機理比較復雜，它包括位置控制（或套高度控制）、恒張力控制

22、（力矩控制）、前饋控制等，系統(tǒng)有多個環(huán)節(jié)，而且在工作過程中有多種狀態(tài)變化。常見的故障是控制失靈、反應滯后及振動等。活套系統(tǒng)的多數故障都是由電氣控制信號問題，或工藝參數設置操作不當所引起的?；钐紫到y(tǒng)故障容易引起產品質量問題（如板帶表面浪型）。3.4.2 活套液壓系統(tǒng)的故障樹分析活套液壓系統(tǒng)的故障樹如圖3-5所示。3.4.3 活套液壓故障歸類活套液壓系統(tǒng)常見故障及癥狀與原因如表3-7與表3-8所示。 圖3-15活套液壓故障樹 表3-7 活套液壓控制系統(tǒng)故障-現象對應表故障現象控制壓力傳感器零點漂移壓力偏差過大，壓力傳感器損壞油缸位置與壓力無法控制 系統(tǒng)磨損反應滯后及振動伺服閥壽命性故障伺服閥驅動電

23、流過大，對零偏電流I趨勢分析伺服閥突發(fā)性故障伺服閥驅動電流突然增大，或電流為零壓力無法控制液控單向閥故障油缸位置無法控制電磁閥卡滯系統(tǒng)失靈電氣斷線油缸壓力不受控電氣與機械零點不一致伺服系統(tǒng)驅動電流較大 表3-8 活套液壓控制系統(tǒng)故障-原因對應表現象故障原因壓力超差 對應與設定值超差的壓力傳感器故障工作不穩(wěn)定,出現明顯的振動,5、 傳感器故障6、 伺服閥或放大器故障7、 控制信號故障8、 系統(tǒng)設置不當壓力不等于系統(tǒng)壓力4、 電磁閥卡滯5、 邏輯控制錯誤壓力不受控5、 控制壓力傳感器損壞6、 液控單向閥故障7、 電氣斷路8、 伺服閥故障，如卡死、堵塞伺服閥零偏電流逐漸增大5、 伺服閥故障，如磨損6

24、、 油缸泄漏7、 電氣零點與機械零點不一致8、 位移傳感器零漂過大伺服閥零偏電流突然增大1、伺服閥故障，如堵塞2、油缸卡死6、 電氣與機械零點不一致3.5 軋機及液壓裝置調整不當或故障引起的板卷質量缺陷軋機及其液壓裝置調整不當或故障一般表現為壓下控制、板形控制、張力控制的異?；蚴д`，主要引起下列質量缺陷：（1） 裂紋在鋼板表面上沿軋制方向呈斷斷續(xù)續(xù)排列的不同形狀細小裂紋，有發(fā)紋狀、龜紋狀，統(tǒng)稱裂紋，軋制時因壓下壓縮比過小，軋件邊部會出現裂紋。（2） 麻點 鋼板表面出現不規(guī)則的局部或連續(xù)的凸凹粗糙面稱為麻點，嚴重的呈桔子皮狀。麻點產生原因主要是由于軋輥軋制量過大，使得軋輥表面磨損嚴重，軋制時板面

25、出現凸麻點。（3）板形不良板形不良主要表現在沿著鋼帶軋制方向呈現高低起伏的波浪形彎曲缺陷。板形不良產生原因主要是：軋輥軋制量過大；壓下不合理；后段機架壓下量過大或過?。卉堓佀蕉炔涣?；軋輥輥型與板型配合不一致。（4）邊裂鋼板兩邊沿長度方向的一側或兩側出現破裂現象稱為邊裂。邊裂產生的主要原因是軋輥輥型與板型不相匹配，帶鋼延伸不均，或者張力控制不當，軋件在機架間張力過大也會出造成邊裂出現。（5）壓痕 帶鋼表面被壓成各種開頭的凹痕，這種缺陷叫壓痕。帶鋼壓痕產生原因主要是板形控制精度不夠，甩尾控制不良所致。（6）折迭折迭產生的主要原因是在軋制中因種種原因軋件不均勻變形，出現板形不良現象，在后續(xù)機架及卷取機架被壓合造成折迭缺陷。（7）尾部破碎缺陷特征在卷取卸卷后的鋼卷最外圈距頭部23米內（軋制帶鋼尾部）鋼帶出現嚴懲折迭、開裂、破裂，這種缺陷稱為尾部破碎。尾部破碎主要是在軋制中，軋件尾部對中性差或跑偏，各