步进梁液压系统常见故障分析.pdf

使用与维护 第2 8 卷2 0 1 0 3 期 总第1 4 7 期 步进梁液压系统常见故障分析 郑召举 济钢股份有限公司冷轧板厂济南 2 5 0 1 0 1 摘要介绍了冷轧板厂步进梁液压系统工作原理， 针对步进梁液压 系统在运行过程中出现的常见故障进 行 了分析 总结。 关键词步进梁液压故障 1 前言 步进梁广泛应用于冷轧板厂生产过程中。步 进梁具有停位 准确 、 设备结构简单 、 刚性好 、 易维 护等优点 ， 能满足高产量 、 快节奏 的生产要求 ， 在 厂内各生产线钢卷的输送过程中发挥了重要的作 用 。 冷轧板厂采用液压驱动的步进梁， 因升降机 构 的不 同分为两种 液压缸直接升 降方式和液压 缸一 偏心轮升降方式n 。液压缸直接升降的步进梁 的升降和平移均采用液压比例阀控制， 其优点是 控制调整灵活方便， 工作平稳， 缺点是电控和液压 ； ． 根谱 线是低 速轴 频率 2 4 ．6 2 H z 和高速 轴频 率 6 1 ． 3 7 H z ， 两个轴频率都带有谐波 ， 图中 1 2 ． 1 2 H z 是 一 轴转频的0 ． 4 9 倍 ， 不是整分数谐波 ； 齿轮箱轴承 是滑动轴承， 但滑动轴承的油膜涡动和油膜振荡 故障频率应是轴频的0 ．4 3 ～ 0 ．4 8 倍， 显然不是油膜 涡动和油膜振荡的故障特征频率。它存在如下关 系 6 1 ． 3 7 2 4 ． 6 2 3 6 ． 7 5 ； 6 1 ． 3 7 22 4 ． 6 2 1 2 ． 1 3 ， 因 此 1 2 ． 1 2 和 3 6 ． 7 4是高速轴频率 6 1 ． 3 7 H z 为载波频 率， 低速轴频率 2 4 ． 6 2 H z 为调制频率的两条边带， 在高速轴看到的 1 2 ． 1 2 H z 是 由于轮齿故障 ， 高速轴 被低速轴调制的和差频率。P e a k v u e 频谱可以得 出齿轮箱故障与两个转轴频率都有关。图1 2 的 P e a k v u e 时域图可明显看出幅值和频率的调制现 象， 好像滚动轴承内圈故障的周期性冲击一样， 存 在 2 ． 6 4 s 的时 间周期规律 ， 在 2 ． 6 4 s 中 ， 低速轴转 了 2 4 ． 6 22 ． 6 4 6 5 转 ， 高速轴 转 了 6 1 ． 3 72 ． 6 4 1 6 2 转。因此可判断这个最大的故障冲击就出自这两 个齿 ， 并 以这两个 齿为中心扩散 开成一定 区域 的 均布故障。图l 3 曲线可以读到这样的信息 低速 轴每转2 转有一个变化， 也是幅值和频率的调制现 象。P e a k v u e 分析给出齿轮箱两轴有一对齿故障 系统较复杂。液压缸一 偏心轮升降的步进梁的电 控和液压系统较简单 ， 但缺点是偏心轮一 同步杆的 设备质量较大。在生产现场中， 液压缸直接升降 的步进梁最容易出现故障， 下面主要对此种步进 梁的故障进行分析。 2 系统控制基本原理 步进梁液压控制的基本原理如图 1 所示 。二 位三通 截止式 电磁方 向阀 1 得 电 ， 插装阀 2 开启 ， 此时步进梁液压系统处于受控状态 ； 电磁换 向阀 3 a端得电， 液控单向阀4 、 5 开启， 步进梁在带位置反 最严重 ， 故障向两侧漫延开 ， 且故障冲击与两个轴 频都有关系。 一 一 图1 4高速齿轮齿面疲劳磨损 图 1 5 齿轮剥落屑 4结 论 以上是对 2 0 0 8 年 1 月 1 7日采集化工厂 四回收 鼓 风机 齿 轮 箱 振 动 数据 进 行 时 域 波形 、 频 谱 、 P e a k v u e 分析 ， 并诊断齿轮箱存在隐患 ， 同月 2 9日 对设备解体检查验证 了高速齿轮齿 面已经疲劳磨 损 见图 1 4 ， 齿轮箱底部由大量剥落的碎屑 见图 1 5 。证 明应用旋转振动诊 断技术可 以及 时发现 设备隐患， 可以避免设备进一步损坏， 为检修决策 提供了依据。 2 0 1 0 0 3 2 2 收稿 1 使用与维护 第2 8 卷2 0 1 0 年第3 期 总第 1 4 7 期 图 1 步进梁液压控制原理 1 一 电磁换 向阀； 2 一插装阀 ； 3 一 电磁换向阀； 4 、 5 、 6 、 7 一 液控单向阀 ； 8 、 9 、 1 卜 比例换向 阀； 1 1 一 溢流阀组 ； 1 2 一蓄能 器 表1 步进梁动作顺序 电磁换悯 电磁 N3 电磁换 向 阀 3 b 端 比例换向 阀 8 a 端 比例换向 比例换向阀 比例换向阀 阀 8b 端 9、 1 0 a 端 9 、 1 0b 端 上 升 前进 下降 后退 复位 馈的比例换向阀8 的控制下， 实现步进梁的前进后 退动作 ； 电磁换 向阀 3 b 端得电， 液控单向阀6 、 7 开 启 ， 步进梁在 比例换 向阀9 、 1 0 的控制下 ， 实现步进 梁的上升下降动作； 溢流阀组 1 l 起安全阀作用， 对 系统起过载保护作用； 蓄能器 1 2 吸收系统压力脉 动和减小压力冲击 ， 使 步进梁平稳运行 。步进梁 动作顺序心 见表 1 。 3 常见故障与分析 步进粱在运行过程中， 经常出现不动作、 上升 后不能下降、 横移不到位等故障。 1 步进梁不动作 ， 不能横移也不能升降， 出 现这种情况有这样几种原因 ①系统压力不够 ， 不 能产生足够的推力； ②控制信号故障； ③插装阀控 制油路故障。 步进梁通过集中液压泵站供油， 因其他设备 均运行正常， 则排除了第一种可能。作为电气控 制系统的关键设备， 接近开关起着十分重要的作 一 8一 用 ， 如果接近开关感应板不够牢 固， 由于振动引起 松动而发生位置变化或接近开关表面脏污 ， 就会 引起控制信号故障使步进梁不能动作。经仔细检 查后基本排除了控制信号故障的问题。通过对系 统原理 图分析及测试插装阀2 两侧压力发现， 在系 统处于工作状态下 ， 插装阀 2 出 口侧压力为零 ， 说 明此时插装阀未开启 ， 经拆解插装阀检查发现， 其 先导控制油路的小孔被一污物堵 塞 ， 导致插装阀 不能打开而引起故障。 2 步进梁在运行过程中 ， 2 个升降液压缸同 时出现只能升不能降的情况 ， 经检查此时各电气 信号正常， 根据液压图判断， 导致这种情况的原因 是升降液压缸无 杆腔侧 的液控单 向阀6 、 7 没有 开 启， 说明这2 个液控单向阀的控制油路出了问题。 经测试控制油路压力约为 1 MP a ， 导致这 2 个液控 单 向阀未能开启 ， 而用螺丝刀手动电磁换 向阔3 ， 设备 能正 常工作 ， 这样反复几 次后 没有再 出现之 前的状况， 更换该电磁换向阀进行拆解发现， 阀芯 使用与维护 第2 8 卷2 0 1 0 年第3 期 总第 1 4 7 期 有严重划痕， 应该是硬质异物将阀芯卡死， 导致其 不能正常工作而引起故障。 3 步进梁上升到位后其中一个液压缸慢慢 下降， 通过分析系统原理 图， 导致这种情况发生的 原因 ①液压管路发生外泄漏 ； ②常闭截止阀关闭 不严导致内泄漏； ③液控单向阀发生内泄漏； ④液 压缸内泄漏。 经 过现场检查 ， 基本上 排 除了第一种 可能 。 由于常闭的截止阀是连接液压缸有杆腔与无杆腔 且常闭， 在生产过程 中几乎没有使用 ， 于是将其换 下并将该管路两端焊接堵死 ， 之后观察故障依然 存在 ， 将对应 的液控单 向阀更换后问题仍然没有 解决 ， 最后确定是 由液压缸泄漏引起 。在解决此 类故障时 ， 一般采取排除法由易到难排除故障。 4 步进梁在 液压缸横移到位后再慢慢往 回 退段距离 ， 导致 电气 控制系统无法检测 到位置传 感器信号而无法实现 自动控制 。这样 的情况一般 由于液压缸无 杆腔 与有杆腔发生窜 油现象 引起 ， 下面先对其进行力学分析 步进梁横移液压缸在 完全缩 回后 ， 液控单 向阀4 、 5 处于关闭状态 ， 此时 液压缸的有杆腔压力约为 1 4 MP a ， 而无杆腔压力约 为0 ． 5 MP a 。当无杆腔与有杆腔发生窜油时 ， 导 致 有杆腔压力油向无杆腔缓慢渗漏。当无杆腔侧压 力油作用在活塞上的力 克服有杆腔侧压力油作 用在活塞上 的力 及 系统的静摩 擦力 F 静 之和时 ， 液压缸活塞杆伸 出， 这时系统摩擦力 由静摩 擦力 变为 动摩擦 力 ，动 F静F动 。只要 ， 活塞杆就一直向外伸 出 ， 由于有杆腔 侧压力逐渐下降而无杆腔侧压力逐渐升高 ， 但 由 于活塞杆伸出引起液压缸有杆腔容积减小及无杆 腔容积增大， 从而无杆腔侧压力升高到一定值， 有 杆腔侧压力下降到某一压力值时， 即 ， 动 时 ， 活塞杆停止伸 出， 此时活塞杆伸出约为 1 5 mm， 致使步进梁控制系统不能检测到横移缸的位置信 号 ， 从而导致步进梁无法动作。 通过分析液压 图 ， 出现窜油 的现象一般有 四 方面的原因 ①通过溢流阀组 1 1 处使两腔连通 ， 导 致有杆腔压力油窜到无杆腔， 出现滑移； ②连接横 移缸有杆腔和无杆腔之 间常闭的截止阀发生内泄 漏； ③液控单向阀5 发生内泄漏； ④横移缸内泄漏。 出现这种情况由于故障原因较多， 须结合现 场实际 ， 一步一步逐个排除 ， 找 出问题 的所在。由 于该系统横移装置中溢流阀组 1 1 采用的是先导式 溢流 阀安装 于油路块上 ， 其与油路块 之间采用组 合垫密封， 在步进梁行进的过程中受到的冲击较 大 ， 经常出现该组合垫密封损坏而导致横移缸两 腔连通窜油现象。 5 步进梁在带负载情况下 ， 在行进的初始和 结束阶段， 有冲击和异响现象。经现场观察， 发现 了故障所在 ， 由于步进梁的蓄能器采用气囊式蓄能 器 ， 当蓄能器气囊破裂时， 在步进梁带负载行进的 初始和结束阶段 ， 压力脉动和压力冲击很明显_ 3 ] 。 6 步进梁在上升 、 下降过程 中2 个升降液压 缸不 同步 ， 这种情况 在生产过程 中曾经出现过 1 次 ， 由于阀9 、 1 0 是不带位移反馈的比例换 向阀， 步 进梁在运行过程 中通过位移传感器分别测定 2 个 升降液压缸的位移， 步进梁控制系统以位移传感 器反馈的数值为参考值来控制2 个升降液压缸的 伸缩速度 。出现 2 个升降液压缸不同步这种故障 一 般 由电气故障引起 经过现场排查 ， 2 个位移传 感器反馈 的数值与液压缸 的行程相一致 ， 首先 排 除 了位移传感器的故障； 将 2 个 比例换向阀的控制 信号线路对调， 发现故障跟随信号线传递到了另 1 个比例换向阀上， 即出现这种问题是由于输出信 号出 了问题 ， 经检 查发现是 比例换 向阀的比例放 大板的元器件损坏导致输 出信 号不准 ， 在更换 比 例放大板后正常。 4结 语 步进梁作为厂内各生产线中主要生产设备之 一 ，其好坏对生产效率影响很大 。如步进梁发生 故障， 则处理线须停产， 即使对于有些处理线有可 能采用 吊车临时上卷或卸卷 ， 也难以持久 和维持 产量 。现针对该设备液压系统在运行过程 中出现 的常见故 障进 行 了总结 ， 希望 能对设备 的管理维 护有一定的借鉴意义。 参考文献 [ 1 ] 徐从保， 程 良键． 钢卷步进梁输送机应用及其参数 设计[ J ] ． 冶金设备， 2 0 0 8 ， 0 4 2 6 - 2 8 ． [ 2 ] 张久军． 轧机液压压下故障分[ I ] ． 液压与气动， 2 0 0 8 ， 0 8 7 9 8 0 ． [ 3 ] 曹飞． 蓄能器在机床液压载重补偿 系统中的应用 [ J ] ． 企业科技与发展， 2 0 0 8 ， 1 6 8 4 - 8 5 ． 2 0 0 9 - 0 5 - 0 2 收稿 -- 9 --