轧机液压系统主要故障与诊断

1、 第三章 轧机液压系统主要故障与诊断 新型轧机系统是机、电、液、气、仪一体化的大型复杂系统，其结构与功能的复杂性决定了故障机理的复杂性以及故障诊断的困难度。轧机系统高精度与高可靠性要求使故障诊断任务更加艰巨。这一章根据作者在轧机液压系统设计分析、故障诊断与维修领域的长期实践与积累，对现代新型轧机液压故障的症状、原因，以及故障分析的过程和方法等进行总结与提炼。主要是概括轧机控制系统（AGC系统、CVC系统、弯辊系统、活套系统）的常见故障，整理故障分析的基本思路与程序、列出故障树，并总结出故障症状与原因的关系。同时，也对轧机液压控制故障与产品质量的关系进行分析。上述内容是轧机智能诊断与监测系统的主

2、要专家知识。3.1 液压压下与AGC液压故障与分析3.1.1 液压压下及AGC故障概述液压压下装置用于作为针对轧制力变化实施厚度调节系统的一种快速精确调节定位系统。（1）功能投入的条件AGC由液压伺服位置系统实现，通过伺服阀调节保持中心点恒定。每台轧机由两个压下缸，分别位于操作侧和驱动侧；每个压下缸有两个位置传感器，分别位于入口侧和驱动侧，压下缸的位置是两传感器位置值的平均值。伺服阀的前后各用一个止回阀，止回阀在调节器正常工作时处于开通状态。当调节器处于断开，由于伺服阀不能保证完全密封，这时止回阀起作用，关闭油路，短时间维持油缸里的压力不变。当功能断开时，压下系统的卸荷阀起作用，液压缸回程，把

3、油路的油排回油箱。液压压下功能的投入与控制系统许多参量有关，必须同时满足以下条件：已通过“工作方式”、“手动”或“电磁阀控制”等选项将功能选定；油源供油正常；阀控制系统正常(软硬件正常，调节钥匙不在手动状态)；位置传感器正常，即两侧位置无偏差；油缸位置正常； CPU正常无故障，系统电源、控制柜不在测试状态。液压系统不在紧急停止状态。（2）AGC系统主要故障 AGC主要故障有：1)传感器故障，包括位置、油缸油压、轧制力传感器故障。 液压压下实际值(任一侧)24.5mm，或4mm，可能：位置传感器故障。 两油压缸传感器偏差2.3mm，压下封锁（即有关参数超差时，压下功能中断，以保护设备），可能：位

4、移传感器故障、伺服阀或油缸泄漏、偏差或零调不准。轧制力2.3mm，即必有1套液压位置伺服系统存在故障，结合伺服系统状态分析，如驱动电流变化趋势可对故障进行定位。一般来说，趋势变化过快的系统更有可能存在故障。3）控制逻辑故障，BA（Basic Automation）给出控制逻辑信号，而实际电磁阀不动作，可能故障：电气断线、或电磁阀卡死等，整个伺服系统无法工作。4）电磁阀(逻辑功能阀)开关状态与测压点压力关系若不符合，可能故障：电气断线；或电磁阀卡死。5）压力故障，主要有：预控限压阀在工作时没有处于溢流状态，检查：溢流阀实际状态，溢流压力设定值，是否附合实际工况(如过低)，轧制时，油缸工作腔压力应

5、基本满足：P1xS1=P2xS2+F(对应侧轧制力)，P2=20bar。卸荷状态,油缸工作腔压力，背压为40bar。6）零偏电流I趋势分析：当零偏电流小于满量程10%(约3mA)范围内变化时，伺服阀正常；当零偏电流大于满量程30时，伺服阀应更换。零偏电流I逐步增大，可能故障：伺服阀或压下油缸寿命性故障，如：磨损、泄漏、电气老化等，但控制性能基本达到要求，可能使控制位置略有漂移等现象。零偏电流I突然增大，可能故障：伺服阀突发性故障、或油缸卡死。如反馈杆断裂、力矩马达卡滞、小球脱落、节流孔堵塞等，将使伺服系统失控。可根据电流I、油缸压力P、伺服阀B腔压力、油缸位置S等参量进行故障定位。其特征：驱动

6、电流I突然增大(幅度很大)；油缸位置偏向一端无法控制。伺服阀控制电流I变化，而B腔压力不变，可能故障：电气断线、或伺服阀故障、或液控制单向阀故障(故障率很低)。B腔压力随伺服阀电流I变化，可能故障：伺服阀故障、或压下油缸故障。 3.1.2 AGC液压控制系统故障树分析35AGC系统故障树如图3-1所示。AGC液压伺服子系统故障树如图3-2所示。 图3-1 AGC液压系统故障树 图3-2 AGC液压伺服子系统故障树3.1.3 AGC液压控制系统故障归类AGC液压控制位置系统是精轧机组液压控制系统的核心，故障引起最终特征量表现以下几个方面：第一，位置控制精度达不到要求，如某一位置传感器测量值大于极

7、限位，或同一压下油缸位置值超差，或两压下油缸位置在T时间内超差；第二，压下油缸压力过高/过低，或压力建立不起来；第三，伺服阀驱动零偏电流大于正常范围；第四，压下油缸偏向一端，或不受控。其归类如表3-1与表3-2所示。 表3-1 AGC液压控制系统故障-现象对应表故障现象位置传感器损坏同侧油缸位置超差位置传感器零点漂移两则位置不同步，可能在T时间内位置仍然超差油缸泄漏伺服阀驱动电流过大，对零偏电流I趋势分析。当油缸卡死时，位置无法控制伺服放大器零点或放大系数漂移位置偏差过大，零偏电流可能出现偏差，还可能引起两则位置不同步，可能在T时间内位置仍然超差伺服阀寿命性故障伺服阀零偏电流趋势增大，对零偏电

8、流I趋势分析伺服阀突发性故障油缸位置无法控制或偏向某一端，零偏电流突然增大溢流阀调压力过高当伺服系统发生故障时，可能引起油缸压力过高溢流阀调压力过低当伺服系统发生故障时，可能引起油缸压力过低溢流阀损坏压力建立不起，或起不到溢流作用机械与电气零点不一致伺服系统驱动零偏电流增大液控单向阀故障压下油缸位置无法控制，偏向某一端电气断线位置无法控制，但对应没有驱动电流 表3-2 AGC液压控制系统故障-原因对应表现象故障原因位置超过极限位1、位移传感器损坏同一压下缸两侧位移超差1、 位置传感器故障，如零漂两压下油缸位置在T时间内超差1、 1、伺服阀故障，如磨损、泄漏2、 2、伺服放大器零漂3、油缸严重泄

9、漏压力过高1、 伺服阀故障，如卡死等，对应溢流阀调压过高2、 油缸卡死，对应溢流阀调压过高3、 压力传感器故障，如零漂、损坏4、 轧制力过高压力过低1、 溢流阀调压过低2、 伺服阀、油缸泄漏压力建立不起来1、 溢流阀卸荷2、 液控单向阀故障3、 伺服阀卡死4、 电气断线伺服阀零偏电流逐渐增大1、 伺服阀寿命性故障，如磨损、泄漏2、 油缸泄漏、磨损3、 机械与电气零点不一致伺服阀零偏电流突然增大1、 伺服阀故障，如堵塞2、 油缸卡死压下缸位置不受控1、 溢流阀卸荷，同时压力也建立不起来2、 液控单向阀故障，同时压力也建立不起来3、 伺服阀卡死、堵塞，驱动电流不为零4、 油缸卡死，驱动电流不为零5

10、、 电气断线，驱动电流为零3.2 CVC液压故障与分析3.2.1 CVC液压故障概述CVC主要故障有：1) 位置传感器故障。BA给定位置设定信号，CVC油缸位移不到位，主要有：单个位置传感器测量值极限位，或控制过程中位置传感器输出信号不变，即可能位置传感器故障；同一个辊两个位置传感器位置差|E-A|5mm，报警；上、下两辊|UP|-|DOWN|2mm，封锁。可能故障：液压伺服系统零点漂移、油缸卡滞等。分析位移偏差量的变化趋势。2) 压力传感器故障：不影响位置控制系统，引起轴向力计算错误。原则上CVC液压控制油缸上下两侧作用力基本相等，可根据对称性判断故障，可能故障：压力传感器故障(与位置传感器

11、联合判断)、油缸卡滞、伺服阀故障。3) 不同步故障：CVC液压控制系统由四套独立且完全相同液压位置伺服系统分别控制上、下工作辊的沿相反方向轴向移动。4个位置设定一样，4个液压缸的移动位置绝对量可以互相作为参考基准进行故障诊断。同时，考虑系统响应和克服干扰，采用时间段T信号进行平滑滤波，当同一个辊两个位置传感器位置差|E-A|5mm，即必有1套液压位置伺服系统存在故障，结合伺服系统状态分析，可对故障进行定位。当上、下两辊|UP|-|DOWN|2mm，同样可能上辊、或下辊某2套液压位置伺服系统存在故障，结合伺服系统状态分析，可对故障进行定位。同时，并可分析4套液压位置控制系统位移偏差量的变化趋势，

12、进行更快的定位。一般来说，趋势变化过快的控制更有可能存在故障。 4) 液压系统故障：供油系统压力不足，通过测量系统压力获得。电磁阀控制功能失灵，液控单向阀阀芯卡死或泄漏，从而引起整个或某侧CVC液压控制系统无法工作。 5) 控制逻辑故障，若不符合逻辑关系，一是BA给出控制逻辑信号与实际电磁阀动作不一致，伺服系统状态与预设定方式不一致，可能故障：接线不正确或乱码。另一类是BA给出控制逻辑信号，而实际电磁阀不动作，可能故障：电气断线、或电磁阀卡死等，整个伺服系统无法工作。CVC移动时，电磁阀状态错误，引起液控单向阀封锁，油缸两端压力基本不变，油缸不移动。CVC移动紧急断开时，若电磁阀状态错误，油缸

13、两端压力将发生变化。6) 调节器封锁：系统应符合CVC功能投入条件，如：硬件好，传感器没有故障；开关自动状态；BA硬件好（油库准备好）等。否则调节器封锁。7) 液压伺服系统，正常工况下，伺服阀零偏电流应I极限值油缸泄漏伺服阀驱动电流过大，对零偏电流I趋势分析。当油缸卡死时，位置无法控制伺服放大器零点或放大系数漂移位置偏差过大，零偏电流可能出现偏差过大伺服阀寿命性故障伺服阀零偏电流值趋势增大伺服阀突发性故障油缸位置无法控制或偏向某一端，零偏电流突然增大溢流阀调压力过低位置偏差过大，当卸荷时油缸位置无法控制。液控单向阀故障油缸位置无法控制 表3-4 CVC液压控制系统故障-原因对应表现象故障原因位

14、置大于极限位1、 位移传感器故障同一辊位移不同步(如偏差5mm，某时间内达不到同步)1、 伺服阀故障，零偏电流较大2、 位移传感器零漂，零偏电流基本正常3、 油缸严重泄漏或卡滞，零偏电流较大油缸压力建立不起1、 溢流阀卸荷、液控单向阀故障2、 伺服阀突发性故障3、 电气断线压力建立不起1、 溢流阀卸荷2、 液控单向阀卡死3、 伺服阀故障，如堵塞，零偏电流突然增大油缸位置无法控制1、 液控单向阀故障、溢流阀卸荷2、 逻辑控制错误3、 伺服阀故障，如堵塞，零偏电流突然增大4、 油缸卡死5、 位置传感器损坏伺服阀零偏电流逐渐增大1、 伺服阀故障，如磨损2、 油缸泄漏3、 电气零点与机械零点不一致4、

15、 位移传感器零漂过大伺服阀零偏电流突然增大1、 伺服阀故障，如堵塞2、 油缸卡死3.3 弯辊液压控制系统故障的分析 弯辊系统故障机理相对复杂，故障检测也比较困难，弯辊系统故障易引起废品。为提高控制系统压力(或弯辊力)的精度，降低偏差并减少故障，可对电液伺服弯辊力控制系统各环节进行理论建模，在理论模型中进行参数最优化分析。然后根据对控制系统的实测获得的动态性能数据，再在实际运行系统上进行参数设定与优化，达到保证系统动态响应精度的目的。3.3.1 弯辊液压故障概述弯辊系统有4套双作用的油缸，安装在弯辊箱里。整个控制过程是两套液压伺服力控制系统，和两套恒压紧急平衡控制系统。弯辊箱分别依附在轧机机架上

16、，油缸作用在上下工作辊轴承箱上，并行接通传动侧和操作侧的油缸，弯辊系统背压20bar。四套油缸向上作用不仅作为上轧辊的平衡油缸，平衡力使工作辊顶上上支承辊，以确保在转速变动时有一个最佳的摩擦接触；而且也作为上工作辊的弯辊油缸，四套油缸向下作用产生下工作辊必要的弯辊力，使之改变凸度。在辊缝打开时，平衡系统用设定平衡力将工作辊压向支承辊，必须使支承辊随着工作辊形成接触摩擦，特别是平衡力应该比装配好的工作辊和支承辊的重量大。轧制弯辊力通过动态调节，并且在轧制间隙采用平衡力。咬钢时用初始设定值。轧制时采用前反馈。带钢离开机架时，给上新的设定值，包括四种状态：正常弯辊、平衡弯辊、紧急弯辊、停止等状态。弯

17、辊液压系统主要故障有：(1) 压力传感器故障主要反映BA给定信号后，液压伺服系统没有输出信号、或两侧压力偏差过大。压力传感器经常损坏的原因是由于液压缸压力冲击很大。提高压力传感器工作的可靠性；可采用如下二类方法：测试、分析控制系统阻尼比，提高控制系统阻尼比。分析油缸压力信号峰值与频率成份，在测压点与压力传感器间加装机械滤波器。该滤波器要满足两个方面条件：一方面，满足控制系统的动态响应要求；另一方面，滤去压力冲击信号；从而提高压力传感器的寿命。 (2) 压力值差大弯辊液压控制系统由两套独立且完全相同液压压力伺服系统分别控制DS、OS侧4只双作用油缸。正常工作时，其设定同一值，两套系统压力应该一样

18、，考虑系统响应和克服干扰，将T时间段信号进行平滑滤波。当两个压力值差|P1-P2|P时，即必有1套液压位置伺服系统存在故障，结合伺服系统状态分析，可对故障进行定位。(3)控制逻辑关系、操作方式与对应测压点关系不符合BA给出控制逻辑信号，而实际电磁阀不动作，可能故障：电气断线、或电磁阀卡滞等，整个伺服系统无法工作。或者不符合规定，可能故障：电磁阀控制功能失灵，液控单向阀阀芯卡住或泄漏，从而引起整个或某侧弯辊液压控制系统无法控制。(4)调节器封锁液控单向阀处于封锁状态，即整个液压伺服系统封锁，必须中断各个电气控制。液压伺服系统工作过程中，正常工况下，伺服阀零偏电流，应小于满量程10%(3mA)。而

19、当零偏大于满量程的30时，伺服阀需更换。零偏I逐步增大，控制基本达到要求，压力值可能漂移，可能故障：伺服阀、油缸寿命性故障，如磨损、泄漏、电气老化等。电流I突然增大，且两侧压力偏差超差，弯辊系统转换为紧急平衡状态，可能故障：伺服阀突发性故障，如卡滞、堵塞等，或油缸卡滞。3.3.2 弯辊液压控制系统故障树分析弯辊液压控制系统故障树如图3-4所示。图3-14 弯辊液压控制系统故障树 3.3.3 弯辊液压控制系统故障归类弯辊液压控制系统伺服是压力控制系统，其故障最终特征表现以下几个方面：同侧压力传感器测量值超差。伺服阀驱动零偏电流大于正常范围。某油缸压力与设定值超差。某油缸压力不受控。其故障-现象归

20、类如表3-5所示。其故障-原因归类表3-6所示。 表3-5 弯辊液压控制系统故障-现象对应表故障现象控制压力传感器零点漂移压力偏差过大，压力传感器损坏对应油缸位置无法控制，或同侧压力值超差油缸泄漏伺服阀驱动电流过大，对零偏电流I趋势分析。伺服阀寿命性故障伺服阀驱动电流过大，对零偏电流I趋势分析伺服阀突发性故障伺服阀驱动电流突然增大，或电流为零压力无法控制液控单向阀故障油缸位置无法控制电磁阀卡滞紧急弯辊，压力为一随机值电气断线油缸压力不受控电气与机械零点不一致伺服系统驱动电流较大 表3-6 弯辊液压控制系统故障-原因对应表现象故障原因同侧压力超差1、 对应与设定值超差的压力传感器故障两侧压力控制

21、不同步(即在一定时间内达不到相同值)1、 控制压力传感器零点漂移2、 伺服阀故障，如堵塞3、 油缸卡滞4、 液控单向阀故障紧急弯辊，压力不等于系统压力1、 电磁阀卡滞2、 逻辑控制错误压力不受控1、 控制压力传感器损坏2、 液控单向阀故障3、 电气断路4、 伺服阀故障，如卡死、堵塞伺服阀零偏电流逐渐增大1、 伺服阀故障，如磨损2、 油缸泄漏3、 电气零点与机械零点不一致4、 位移传感器零漂过大伺服阀零偏电流突然增大1、伺服阀故障，如堵塞2、油缸卡死3、 电气与机械零点不一致3.4 活套液压故障的分析3.4.1 活套液压故障概述活套系统控制机理比较复杂，它包括位置控制（或套高度控制）、恒张力控制

22、（力矩控制）、前馈控制等，系统有多个环节，而且在工作过程中有多种状态变化。常见的故障是控制失灵、反应滞后及振动等。活套系统的多数故障都是由电气控制信号问题，或工艺参数设置操作不当所引起的。活套系统故障容易引起产品质量问题（如板带表面浪型）。3.4.2 活套液压系统的故障树分析活套液压系统的故障树如图3-5所示。3.4.3 活套液压故障归类活套液压系统常见故障及症状与原因如表3-7与表3-8所示。 图3-15活套液压故障树 表3-7 活套液压控制系统故障-现象对应表故障现象控制压力传感器零点漂移压力偏差过大，压力传感器损坏油缸位置与压力无法控制 系统磨损反应滞后及振动伺服阀寿命性故障伺服阀驱动电

23、流过大，对零偏电流I趋势分析伺服阀突发性故障伺服阀驱动电流突然增大，或电流为零压力无法控制液控单向阀故障油缸位置无法控制电磁阀卡滞系统失灵电气断线油缸压力不受控电气与机械零点不一致伺服系统驱动电流较大 表3-8 活套液压控制系统故障-原因对应表现象故障原因压力超差 对应与设定值超差的压力传感器故障工作不稳定,出现明显的振动,5、 传感器故障6、 伺服阀或放大器故障7、 控制信号故障8、 系统设置不当压力不等于系统压力4、 电磁阀卡滞5、 逻辑控制错误压力不受控5、 控制压力传感器损坏6、 液控单向阀故障7、 电气断路8、 伺服阀故障，如卡死、堵塞伺服阀零偏电流逐渐增大5、 伺服阀故障，如磨损6

24、、 油缸泄漏7、 电气零点与机械零点不一致8、 位移传感器零漂过大伺服阀零偏电流突然增大1、伺服阀故障，如堵塞2、油缸卡死6、 电气与机械零点不一致3.5 轧机及液压装置调整不当或故障引起的板卷质量缺陷轧机及其液压装置调整不当或故障一般表现为压下控制、板形控制、张力控制的异常或失误，主要引起下列质量缺陷：（1） 裂纹在钢板表面上沿轧制方向呈断断续续排列的不同形状细小裂纹，有发纹状、龟纹状，统称裂纹，轧制时因压下压缩比过小，轧件边部会出现裂纹。（2） 麻点 钢板表面出现不规则的局部或连续的凸凹粗糙面称为麻点，严重的呈桔子皮状。麻点产生原因主要是由于轧辊轧制量过大，使得轧辊表面磨损严重，轧制时板面

25、出现凸麻点。（3）板形不良板形不良主要表现在沿着钢带轧制方向呈现高低起伏的波浪形弯曲缺陷。板形不良产生原因主要是：轧辊轧制量过大；压下不合理；后段机架压下量过大或过小；轧辊水平度不良；轧辊辊型与板型配合不一致。（4）边裂钢板两边沿长度方向的一侧或两侧出现破裂现象称为边裂。边裂产生的主要原因是轧辊辊型与板型不相匹配，带钢延伸不均，或者张力控制不当，轧件在机架间张力过大也会出造成边裂出现。（5）压痕 带钢表面被压成各种开头的凹痕，这种缺陷叫压痕。带钢压痕产生原因主要是板形控制精度不够，甩尾控制不良所致。（6）折迭折迭产生的主要原因是在轧制中因种种原因轧件不均匀变形，出现板形不良现象，在后续机架及卷取机架被压合造成折迭缺陷。（7）尾部破碎缺陷特征在卷取卸卷后的钢卷最外圈距头部23米内（轧制带钢尾部）钢带出现严惩折迭、开裂、破裂，这种缺陷称为尾部破碎。尾部破碎主要是在轧制中，轧件尾部对中性差或跑偏，各