热轧卷取AJC伺服系统故障的快速诊断

朱松涛

（新疆八一钢铁股份有限公司）

热轧卷取AJC伺服系统故障的快速诊断

朱松涛

（新疆八一钢铁股份有限公司）

八钢热轧卷取机采用全液压AJC伺服系统控制卷取全过程，由于机电液一体化控制高度集成，内部结构复杂，一旦出现故障，排查较为困难。文章介绍了利用IB实时在线监测系统，分析了几种常见AJC伺服系统故障原因及其有规律的曲线图，帮助现场快速诊断故障原因，从而快速消除故障。

AJC伺服系统；喷嘴挡板式伺服阀；IB实时在线监测；快速诊断

1 前言

八钢热轧卷取机采用了全液压AJC伺服系统控制卷取全过程，采用J079系列喷嘴挡板式伺服阀，使卷取机控制精度高、响应速度快。但由于机电液一体化控制高度集成，内部结构复杂，一旦出现内部故障，排查较为困难。通过更换来消除故障，不仅耗时长，还浪费人力物力。如何利用有效工具快速诊断故障原因，是设备维护人员的工作方向。

2 AJC伺服系统控制原理简述

2.1 AJC伺服系统控制原理

热轧卷取AJC伺服控制系统，采用J079系列喷嘴挡板式三级电液伺服阀，通过位移传感器、压力传感器精密检测元件，结合PLC伺服控制模块控制助卷臂油缸的位置、压力和位移速度，实现助卷辊自动踏步AJC的闭环控制。

2.2 喷嘴挡板伺服阀结构原理

J079系列喷嘴挡板式三级电液伺服阀主要由力矩马达、喷嘴、挡板、反馈弹簧杆、阀芯、阀套及内置放大板等零部件组成。

工作原理：当力矩马达两控制线圈有差动控制电流时，在衔铁上产生电磁力矩，使衔铁挡板组件发生偏转，弹簧管产生变形，挡板偏离中间位置，这时喷嘴挡板间左右间隙发生变化，两喷嘴负载腔有差动压力输出，使二级控制阀滑阀阀芯位置变化，这时阀芯推动反馈杆端部球头，产生反馈力矩作用在衔铁挡板组件上，当反馈力矩逐渐等于电磁力矩时，衔铁挡板组件被逐渐移回到对中位置，于是阀芯停留在一个平衡位置，从而使三级伺服阀在AB口产生相对应输出流量驱动执行元件动作。通过给定不同的控制电流，实现伺服阀不同的流量输出及动态特性。这其中，喷嘴与挡板之间的间隙极小，为0.025～0.050mm，液压油中的污染物颗粒将会直接影响到伺服阀的动作。

3 AJC伺服系统常见故障原因诊断分析

在卷取过程中，AJC伺服控制系统经常出现的故障现象主要有：助卷辊辊缝异常波动，无法稳定在精度范围内；助卷辊位置控制失控，快速打开或快速压在卷筒上，无法正常穿带卷钢；助卷辊动作缓慢，无法达到设定辊缝，报伺服阀故障禁止穿带；伺服阀无法驱动助卷辊动作等。

针对现象，通过对IB实时在线监测系统记录的数据曲线故障，进行了分析，认为这几种常见伺服系统故障的原因，即某一元件出现故障与IB记录有规律的曲线图存在着关联性。

3.1 外部卡阻造成AJC异常

故障现象：助卷辊无法动作。

IB记录曲线图（图1）解读：助卷辊无法按照设定位置执行关闭动作，但伺服阀阀芯开口度设定值与反馈值均达到关闭方向的最大值，助卷辊油缸无杆腔压力已升至系统压20MPa。

原因分析：从实时监测数据曲线图可判断出，伺服阀工作正常，压力反映正常，液压控制回路正常，造成助卷辊无法关闭，应是外部机械卡阻造成。

现场排障：经检查发现是安全销窜出，致使助卷辊无法关闭动作。将安全销恢复原位，助卷辊动作随即恢复正常。

图1 外部卡阻AJC控制异常波形

3.2 喷嘴挡板堵塞造成AJC动作异常

故障现象：助卷辊位置保持不住，往一边位移。

IB记录曲线图（图2）解读：助卷辊辊缝位置在无输出指令信号的情况下，逐渐增大；伺服阀阀芯开口度设定值与反馈值出现明显偏离，在某一点又突然跳跃到跟随一致。

原因分析：伺服阀阀芯反馈与设定值出现偏离，是由于油液中污染物颗粒造成一侧喷嘴堵塞，阀芯平衡位置控制破坏，偏置到一侧，造成助卷辊位置保持不住。同时先导控制油路滤芯过滤保护功能失效，需更换。

现场排障：更换伺服阀，并更换伺服阀先导控制油路滤芯，AJC伺服系统动作恢复正常。

图2 喷嘴挡板堵塞控制异常波形

3.3 伺服阀内置放大器板卡故障

故障现象：报伺服阀故障，助卷辊无法动作。

IB记录曲线图（图3）解读：助卷辊辊缝位置在无输出指令信号的情况下，自己发生变化；伺服阀阀芯开口度反馈值出现高频宽幅波动，幅值达到最大开度，且持续较长时间。

原因分析：伺服阀阀芯反馈剧烈波动，应是伺服阀内置放大器板卡损坏，造成无法正常工作。

现场排障：更换伺服阀，AJC伺服系统动作恢复正常。

图3 内置放大器故障控制异常波形

3.4 内泄漏超差造成助卷辊达不到辊缝设定值

故障现象：助卷辊实际辊缝始终达不到设定值，无法满足卷取条件禁止穿带。

IB记录曲线图（图4）解读：助卷辊辊缝实际位置始终无法到达设定值；伺服阀阀芯开口度与反馈值出现7%的较大偏差。

原因分析：伺服阀阀芯阀套因磨损，内泄漏量变大，阀芯给定与反馈值零漂过大，PID调节设定参数已无法使助卷辊辊缝位置实现收敛，即达不到设定值。

现场排障：更换伺服阀，使助卷辊辊缝控制精度恢复正常。

图4 内泄漏超差控制异常波形

3.5 伺服阀反馈杆球头磨损，助卷辊辊缝异常波动

故障现象：助卷辊辊缝波动大、频率高，卷取时卷取机震动剧烈，带钢表面压痕明显。

IB记录曲线图（图5）解读：助卷辊辊缝实际值出现明显波动，超出位置精度范围；伺服阀阀芯反馈值出现异常高频震荡，震荡范围达6%。

图5 反馈杆球头磨损控制异常波形

原因分析：伺服阀反馈杆球头磨损，导致二级控制阀滑阀阀芯位置无法稳定，使得伺服阀滞环增大零区不稳定，主阀芯出现高频震荡，从而助卷辊辊缝位置异常波动。

现场排障：更换伺服阀后，助卷辊辊缝无异常波动，精度恢复。

4 故障快速诊断及处理措施

（1）通过对AJC伺服系统故障曲线图的分析，总结归纳了常见故障产生的原因，及判断和处理方法。

（2）借助IB在线实时监测系统，调出故障状态下的曲线图，与总结出的规律性曲线图进行快速对比，能快速判断故障原因，并精准排除故障。

（3）通过分析研究，认为喷嘴挡板伺服阀控制回路受油液清洁度的影响较大，油液中的颗粒会造成喷嘴堵塞，阀芯阀套、主阀芯棱边加速磨损，从而导致伺服控制系统出现故障。

（4）建议对于伺服系统，应加强日常油品清洁度控制，定期检测清洁度，定期更换系统各部位滤芯，将油品清洁度控制在NAS5级，会大大减少喷嘴挡板伺服阀故障的发生，提升卷取AJC伺服控制系统的稳定性和精度。

5 结束语

八钢热轧卷取机AJC伺服系统，机电液一体化集成度高、内部结构复杂。通过充分利用IB实时在线监测系统，分析出AJC伺服系统故障原因和其有规律的曲线图，并应用到日常检查和发生故障时的排查，就能作到快速诊断消除故障。通过制定有效措施，预防和减少伺服系统故障的发生。

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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

联系人：朱松涛，男，本科，冶金机械工程师，乌鲁木齐（830022）新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂热轧分厂

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