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)晶器液壓振動對鑄坯脫模、保護渣消耗方面有著明顯的優(yōu)勢，同時可以在生產(chǎn)狀態(tài)下修改振動波形、振動幅度和振動頻率，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 號連鑄機結(jié)晶器振動裝置采用的是液壓振動，2020 年對液壓振動系統(tǒng)進行了升級改造，驅(qū)動總成及電氣控制均采用了MOOG 最先進的伺服系統(tǒng)，其中伺服閥屬于精密控制設(shè)備，對現(xiàn)場使用維護要求很高，在連鑄機產(chǎn)生運行中經(jīng)常出現(xiàn)各種故障。

本文對2 號連鑄機液壓振動伺服閥常見問題進行了歸納和總結(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要求。

1 結(jié)晶器液壓振動伺服閥常見問題

1.1 結(jié)晶器液壓振動裝置

天鋼聯(lián)合特鋼公司2 號連鑄機結(jié)晶器液壓振動裝置為內(nèi)弧全板簧結(jié)構(gòu)，每流振動裝置配置1 套伺服液壓驅(qū)動總成，通過振動臂的動力傳遞以及板簧結(jié)構(gòu)約束實現(xiàn)結(jié)晶器總成的仿弧運動，結(jié)晶器液壓振動總成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 結(jié)晶器液壓振動裝置

其中液壓驅(qū)動總成主要部件包括：振動液壓缸、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液壓缸活塞桿實時位置，連鑄計算機控制系統(tǒng)將結(jié)晶器振動工藝參數(shù)下發(fā)給MOOG 控制器，MOOG 控制器實時計算著時間軸及理論位移值，同時將理論位移值與位移傳感器實測的位移值反饋送入控制器高速計算單元。高速計算單元中的P/I 調(diào)節(jié)模塊可以根據(jù)不同工況自動調(diào)節(jié)參數(shù)，同時可以根據(jù)振動缸運行方向及兩腔實時壓力預(yù)判運行趨勢，各項參數(shù)疊加計算后控制器將控制信號輸出給伺服閥，保證伺服缸高精度的按照設(shè)定時間位置軸進行往復(fù)運動[1]。液壓驅(qū)動總成原理如圖2 所示。

圖2 液壓驅(qū)動總成原理

1.2 液壓振動伺服閥常見問題

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

（1）振動裝置無振動。檢查液壓系統(tǒng)無異常，手動操作下，閥塊的P 腔油路有微弱振動，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時位置與程序計算位置的偏差超過安全值。

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

（3）運行位移行程大于設(shè)定值。結(jié)晶器外弧基準(zhǔn)線位置的往復(fù)運行行程一般設(shè)定為正負3.5 mm，實際澆鑄中，往復(fù)行程會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)整而運行行程突然變大，通過激光測距儀檢測運行行程，發(fā)現(xiàn)行程與設(shè)定值偏差在1.0 mm 以上。

（4）振動頻率不穩(wěn)定。振動參數(shù)未變化的前提下，振動頻率時快時慢。

（5）振動采集曲線突變（如圖3 所示）。正常生產(chǎn)時，參數(shù)設(shè)定為正弦振動或非正弦振動，實時采集曲線連續(xù)順滑，與設(shè)定曲線高度吻合。因伺服閥問題，實時采集曲線局部突變，與設(shè)定曲線瞬時偏離又快速貼合，突變時間及位置無規(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，但有時缸桿會出現(xiàn)完全縮回的狀況，檢查控制輸入信號正常，更換伺服閥后恢復(fù)正常。

2 液壓振動伺服閥問題原因分析及處理措施

2.1 液壓振動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)晶器振動裝置振動頻率較高，閥芯與閥套長期相對運動產(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)致外部水蒸汽進入造成短路。上述幾種情況，都會造成實時位移檢測功能喪失，進而導(dǎo)致閥芯無法按照給定信號執(zhí)行動作。

（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，液壓油進入伺服線圈內(nèi)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩馬達失靈，閥無動作；伺服閥復(fù)位彈簧老化失效，不能及時回位，導(dǎo)致波形跟隨性差。

2.2 液壓振動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 號連鑄機多年液壓振動伺服閥維護經(jīng)驗，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 液壓振動伺服閥日常維護要求

3.1 嚴(yán)格執(zhí)行日常維護管理規(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，避免外部揚塵顆粒進入油箱；油路清潔需要及時更換濾芯來實現(xiàn)，濾芯更換周期不大于6 個月。

（2）定時檢查油液清潔度、更換液壓油。液壓油在長期工作中會產(chǎn)生氧化，尤其避免油液長期高溫運行，油液變質(zhì)后，潤滑性變差，會加劇液壓系統(tǒng)內(nèi)的元件磨損，產(chǎn)生金屬碎屑顆粒無法排除，進而加劇伺服閥堵塞和磨損。因此生產(chǎn)運行時務(wù)必保證油箱冷卻水通暢充足，出現(xiàn)油箱溫度報警后，要及時排查原因并恢復(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）定期檢查維護伺服閥。結(jié)晶器振動伺服閥往復(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，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)進行清污，如問題仍舊存在，需要將問題伺服閥送至專業(yè)機構(gòu)進行排查修復(fù)，修復(fù)后的伺服閥應(yīng)先在線外檢測設(shè)備上對各項關(guān)鍵性能進行驗證，然后才能準(zhǔn)予上線；更換伺服閥前，維護人員應(yīng)保持作業(yè)環(huán)境潔凈衛(wèi)生，避免揚塵，先使用過渡塊短接油路對管路進行沖洗，沖洗完成后再打開伺服閥外包裝進行線上安裝。

（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。對關(guān)鍵信號線路易受干擾的區(qū)間部位進行屏蔽保護。

3.2 加強伺服閥性能日常檢測

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

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行調(diào)整檢測，同時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。

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、信號放大器、操作面板構(gòu)成。西門子模塊包括：電源模塊；位運算0.01 μ 的高速運算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。信號放大器可將位置SSI 信號轉(zhuǎn)換為4-20 mA 模擬信號。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，但只要使用和維護得當(dāng)，可靠性和使用壽命是有保障的。本文結(jié)合2 號連鑄機多年液壓振動伺服閥使用維護經(jīng)驗，對伺服閥在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障進行了歸納總結(jié)，對問題產(chǎn)生的原因進行了分析。通過采取有針對性的的處理措施、嚴(yán)格執(zhí)行日常維護要求以及加強伺服閥性能日常檢測，2 號連鑄機結(jié)晶器液壓振動伺服閥運行的穩(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的高產(chǎn)利器。