徐如民
（六安鋼鐵有限公司軋鋼事業部 安徽 六安 237462）
摘要：本文主要以六安鋼鐵3500中厚板電液伺服閥的特色維護為例，介紹了工作環境對伺服閥的影響，并采取相應的改進措施；對伺服閥性能曲線進行分析利用定修時間調整。保障了伺服閥的穩定性、精確性，對液壓伺服控制系統故障的預防起到了一定作用，提高了伺服閥的使用壽命。2023年推行伺服閥的特色維護, 取得了顯著的成效, 不但降低了設備故障率和維護成本，而且為生產提供了強有力的保障。
關鍵字：伺服閥 環境改進 曲線調整 特色維護
1 六安鋼鐵伺服閥運行狀況概述
伺服閥是伺服系統的核心元件，在冶金行業中厚板生產中應用十分廣泛，AGC、彎輥、側導板、主平衡等控制系統中都采用伺服系統，伺服閥很大程度上決定了伺服系統的性能和板帶質量。伺服閥作為機械、電氣自動化、液壓及生產工藝技術相結合的高度精密部件，綜合了多方面的特點，具有控制精度高，響應速度快，信號處理靈活，輸出功率大和結構緊湊等優點，維護難度較大的特點。如何提高伺服閥的可靠性致關重要，保證伺服控制系統準確快速穩定的工作有重要的意義。
隨著運行過程中設備的磨損加劇和軋制工藝的改進，原有的設備精度和狀態越來越不能滿足生產的需要，特別是隨著薄規格、品種鋼等極限規格的軋制，對設備運行精度要求越來越高，特別是液壓伺服控制系統的故障對設備精度影響巨大。為降低設備的事故時間,提高液壓系統的運行率，以降低生產成本為目標，自 2023年初推行伺服的特色維護。
2 伺服閥工作原理
精軋AGC電液伺服閥是MOOG公司的產品，屬噴嘴擋板式伺服閥，其結構簡圖（見圖 1）和先導部分工作原理（見圖2）。這種電液伺服閥具有定位精度高、重復精度高、響應速度快、先導控制級維修更換方便等特點。為了調整電位移反饋伺服閥的參數，處理和預防其運行中發生的故障，在分析電位移反饋伺服閥D792-4005結構的基礎上探討其調整方法。
D791-4028電液伺服閥的第一級是一個電氣操縱的噴嘴擋板閥。力矩馬達 1在一定電流作用下使銜鐵l5相對于中間位置發生偏轉，銜鐵 l5與擋板l3連接在一起，于是擋板在兩個噴嘴之間運動，從而使兩個先導控制腔4的控制油流量發生變化，形成一定的壓差去控制第二級的控制閥芯9。控制閥芯9與感應式位置傳感器線圈6中間的瞬時位置信號被轉化成相應的電壓信號后在測量放大器輸出端輸出，由此接受到控制閥芯的實際位置信號。通過將控制閥芯的實際位置信號與給定信號進行比較，接受到一個偏差信號，然后經伺服放大器放大去控制伺服閥的先導級，由此完成一個內部閉環反饋過程。輸入到伺服閥先導級的電流信號使擋板l3在兩個噴嘴之間移動，使兩個控制腔 8和 1O之間形成壓差，控制閥芯 9連同滑尺 7一起在這個壓差作用下產生一定位移量，直到其位置信號與給定信號一致為止?？刂崎y芯 9相對于控制閥套 11的位移產生一個開口量，這個開口量與給定信號成比例關系，它直接反映出伺服閥輸出流量的大小。
3 伺服閥的特色維護
3.1 工作環境對伺服閥的危害原因分析及其改進
3.1.1 油液清潔度對伺服閥的危害原因分析及其改進
液壓伺服閥故障有 70%～80%是由油液污染導致的 ,油液的污染加快伺服噴嘴擋板、閥芯閥套元件的磨損和失效速度，然后造成引起系統流量、壓力的波動，會使伺服閥的動態性能發生變化；伺服閥內部有些通道和噴嘴擋板之間的間隙極其微小，大約0.102～0.106mm的顆粒會在此淤積堵塞伺服閥,油液中固體顆粒會使閥芯與閥套之間的摩擦阻力增大，造成主閥芯閥套磨損,動態性能變壞、磁滯增大 ,內部泄漏增加、零點特性下降（見圖3）。據相關經驗表明 ,每 100mL 的油液中，直徑1～5 的顆粒數超過25～500 萬時,伺服閥將完全失去機能 ,固體顆粒和膠狀生成物堵塞伺服閥過濾器。所以要保證液壓系統正常、可靠地運行,必須要保持系統的清潔,對伺服閥工作的可靠性、穩定性、靈敏度和壽命提出了更高的要求 ,這就對液壓系統的清潔度提出了更高的要求。
圖3：伺服靜態特性比較圖
六安鋼鐵中厚板精軋伺服液壓站油液污染（NAS1638-7 級）的原因是過濾器濾芯精度等級太低，其改進措施是：1）循環系統的過濾精度改為3um，此種設計保證了系統油箱的清潔度，并且能夠避免濾芯更換時的污染物進入到系統中；2）在系統之前設有6um的高壓過濾器,確保了系統循環時濾芯未捕捉到的較大顆粒不會進入系統；3）在回油管路上設有12 m的回油過濾器；4）所有的濾芯均選用品牌濾芯(Pall),其濾除固體污染物速度快、效率高（βx=10），其濾芯由專利纖維和樹脂通過特有工藝制成,具有固定的孔隙結構,濾材無脫落, 有效地防止纖維脫落造成新的污染,被攔截的污染顆粒不會因壓差和流量的波動而使污染物通過濾芯進入下游。濾芯采用由表及里的、沿流動方向逐漸縮小的漸變孔隙結構,分層逐漸攔截不同尺寸的污染顆粒,實現體積納垢,從而大大延長了使用壽命,減少了更換濾芯的次數 ,有效地防止了因更換濾芯使污物進入系統;5)進行對閥臺的改造。如上支撐閥臺在閥臺前增設一個控制油過濾器（見圖4）及備用伺服閥回路，以防伺服閥噴嘴擋板元件被污染和伺服故障及時處理。6）定期更換或清洗現場伺服閥內的蝶形過濾器。
圖4：六安鋼鐵中厚板改造后的精軋液壓伺服上支撐原理圖
伺服閥對油液的清潔度有較高的要求,但是能夠控制,通過上述控制方式,油液的清潔度達到了一個較高的水平,運行半年多來清潔度一直保持在（NAS1638-5 級）之內，伺服閥因油液清潔度底導致的故障率逐步下降,有效保證了液壓控制系統精度和設備運行的穩定。
3.1.2、油溫對伺服閥的危害原因分析及其改進
液壓伺服系統發熱（溫度51℃）是困擾伺服閥正常工作的重要問題之一。由于油溫上升引起油液黏度降低,導致噴嘴擋板阻尼降低,引起高頻自激振蕩噪聲；油溫升高使伺服閥的密封、運動零件等加快老化,影響其使用壽命；油溫升高引起機械結構的熱變形造成閥芯卡死和破壞應有的精度，破壞了閥芯閥套原來正常的配合間隙，導致摩擦阻力增加、伺服閥卡死；油溫升高引起油液汽化、水分蒸發，使液壓元件產生穴蝕，油液氧化形成膠狀沉積物，易堵塞伺服閥濾油器和閥內的節流小孔，因此，液壓油溫過高嚴重影響伺服閥的正常使用，降低伺服閥元件的使用壽命，增加伺服閥的維修成本。
六安鋼鐵中厚板精軋伺服液壓站油溫過高的原因分析及改進：1）冷卻器冷卻面積太?。?0
）和水管蝶閥及散熱片太臟，將伺服液壓系統的冷卻器冷卻面積增大到50
，并進行強制冷卻；定期檢查維護冷卻循環系統（見圖5）相關的閥門，提高冷卻水壓力，定期對散熱片清洗冷卻器解體后作除垢處理。2）液壓站主泵工作壓力不一致，系統溢流閥溢流太大，利用停機時間調整泵壓力一致或在規定的壓差范圍內,壓力值相差不超過2%；定期標定溢流閥、減壓閥等部位檢查是否有內泄的溢流閥、減壓,無法調節的更換損壞的元件；檢查管路和閥組溫度是否有溢流、節流和阻尼的部位，并及時處理。通過以上的改造和定期維護后溫度保持在35 ℃～45 ℃。
圖5：六安鋼鐵中厚板精軋伺服站循環過濾、冷卻裝置
3.1.3、伺服系統管路振動對伺服閥的危害原因分析及其改進
系統產生液壓振動時,油液的壓力峰值常高達正常壓力的3-4倍，使系統中的伺服閥等液壓元件、管道遭受損壞、并使壓力傳感器、油缸磁尺發出非正常訊號，液壓振動引起系統漏油，導致伺服閥附近管路振動，致使伺服系統不能正常工作，嚴重影響伺服閥的穩定性、精確性。
六安鋼鐵中厚板精軋伺服液壓站AGC伺服管路振動原因分析：在伺服系統管路中，由于中厚板生產過程中伺服閥進行閉環控制調節，通過檢測裝置反饋的結果伺服閥閥芯反復不停的開或閉，此時，管道內的液體流速發生突然激劇變化，液體速度的變化使液體的動量改變，反映在管道內的壓強迅速上升或下降，突然加壓時易導致油管爆裂，迅速降壓時形成的管內負壓會使油管震蕩。改進措施：1）合理縮短管道長度,減少沖擊波傳播的距離,在不影響階躍響應前提下，從閥臺到油缸之間增設膠管連接以使緩解沖擊;2) 由于伺服閥開關主油管路時，主油管路產生大幅值壓力脈動，其壓力變化率 dP／dt也相當大，由此引起振動與噪聲，在伺服閥前增設安全閥（調整壓力在28.5Mpa）、蓄能器（20L）裝置（見圖6），并定期檢測和補充蓄能器氮氣壓力（25Mpa），以釋放或吸收液壓沖擊的能量,顯著降低了噪聲，可有效吸收壓力脈動。3）合理調整伺服閥零漂范圍和伺服系統比例增益、積分時間、微分增益參數。供油壓力在22.4Mpa-33.6Mpa的范圍內變化時，零漂小于0.62Mpa；當回油壓力在0-6.3Mpa范圍內變化時，其零漂小于0.62Mpa；當控制電流在0-10mA范圍內變化時，零漂小于0.4mA。在不影響階躍響應前提下，減低微分增益值、比例增益值及延長積分時間。
圖6：六安鋼鐵中厚板精軋活套安全閥、蓄能器原理圖
3.2、 伺服閥性能曲線分析及其特色調整維護
伺服閥是電液伺服系統中的關鍵組件，由于二級電液伺服閥是復雜而又精密的伺服組件，
它的特性和性能參數是十分必要的。其性能參數非常多，要求也非常嚴格，所以伺服閥的精確特性和性能參數只能通過伺服閥檢測裝置（MOOG G040-123）獲得。電液伺服閥的特性包括靜態特性和動態特性兩方面，而靜態特性有空載流量特性、壓力特性和內泄漏特性等特性；動態特性有頻率特性和階躍響應特性。此外，因為伺服閥經常在零位區域工作，所以零區域特性特別重要，其特性有零偏特性和零漂特性等。本文介紹經過MOOG G040-123檢測儀經常檢測到的D791-4028伺服閥的空載流量特性曲線 Q-i、壓力特性曲線 P-i調整前（見圖6）和調整后Q-i、P-i及分辨率特性曲線（見圖7）。
3.2.1、伺服閥性能曲線分析
從Q-i前可以看出，閥電流向正方向增大到一定值后流量不再增加，呈現一個較大的水平臺階，出現單邊流量飽和現象。出現正向流量飽和現象時，閥的負向零偏較大，負方向流量較小，但無飽和現象，這種情況與零偏大有關。因電反饋電液伺服閥的零偏太大，控制閥芯朝一個方向移動過程中，電位移反饋裝置限制了控制閥芯的過量位移，使伺服閥輸出流量受到限制，從而出現飽和現象，在流量輸出特性曲線上即出現一個平臺。因此，通過調節伺服放大器零位偏置，盡量減少其零偏，可以消除單邊流量飽和現象。
3.2.2、伺服閥的調整
① 壓力增益的調整：壓力增益的調整在該伺服閥的先導控制級上進行。由圖1可見，兩噴嘴3的位置可以從外部調整，17是噴嘴調整螺絲，通過調整噴嘴的位置，可以改變噴嘴與檔板的節流空間，從而使控制腔8和10間的壓降改變，使伺服閥負載差一電流性能曲線的線性發生變化，即改變了伺閥的壓力增益特性。由圖6可見的伺服閥特性曲線的斜率即反映壓力增益指的大小，該閥的壓力增益夠大。一般伺服閥出廠時生產廠家已將先導控制級調好并鉛封，沒有特殊情況，不要輕易再調。
②零偏的調整:零偏調整即調整伺服閥的零位偏置，可以在伺服閥的第二級—流量輸出級上調整液壓零位，也可以在伺服放大器上調整電氣零位。零偏調整(見圖 1)，控制閥芯 9與控制閥套11等組成流量輸出級。為了零偏的調整，可通過旋轉閥蓋左端內六角螺絲16來改變控制閥套11的控制臺肩相對于控制閥芯 9的位置。零偏調整時，觀察伺服閥兩工作口的壓力P1有桿腔、P2無桿腔是否相等，即△P=P-P2=0時，表示零調到了最佳狀態。該閥的圖7是零位調至最佳狀態后的伺服閥空載流量特性及壓力特性曲線。由空載流量特性曲線可以看出，零偏調整后，正、負兩方向的流量基本對稱且有較好的線性，克服了單邊流量飽和現象。
3.2.3、數據分析
① 零偏的調整數據分析：由于伺服閥一般工作在小信號區，即零位附近，因此，在靜態測試時為了得到準確的零位區域的特性曲線，即取In=10 mA, 電流比例為 0.6mA／cm。
由圖6可知，調整前零偏△I為: △I=( i△／In)×100％={[((-0．8+(-1．2))／2)×0．6]／10}×100％ =-6％，式中：-0．8、-1．2分別為空載流量特性曲線Q-i前與橫坐標相交對應的橫坐標格數，每格為1cm。計算所得零偏絕對值大于3％(常規指標 )明顯偏大，因此伺服器未調整零偏前不宜上機使用。
由圖7可知，調整后零偏△I為：調整前零偏△I為: △I=( i△／In)×100％={[（-0.2+0.6)／2)×0．6]／10}×100％ =-1.2％，式中：-0.2、0.6分別為空載流量特性曲線Q-i后與橫坐標相交對應的橫坐標格數。計算所得零偏值遠小于常規指標 3％，零偏情況良好。
② 調整后的壓力增益Kp分析：在圖7中壓力特性曲線上±40％供油壓力即對應縱坐標壓力為±11.2Mpa, 壓力比例為 0.03Mpa／cm；對應的橫坐標電流為1.2 mA、0.2 mA，電流比例為 0.6mA／cm。所以，壓力增益Kp=2*11.2*0.03/[(1.2-0.2)*0.6]×100％=112％.計算所得壓力增益112％，大于30％(常規指標)，說明壓力增益正常。
由以上計算分析可知，修復、調整后的伺服閥性能指標良好 ，完全可以滿足生產現場使用要求。
4 、伺服閥特色維護的效果及推廣
六安鋼鐵有限公司六安鋼鐵中厚板自2023年初到今推行液壓專業伺服閥的特色維護, 經過定修時間和平時的維護，做到以預防為主的前饋控制，伺服閥穩定性得到明顯提高，伺服系統油品清潔度、溫度、振動沖擊等隱患都得到了較好的解決，大大提高了伺服閥的運轉周期。定期對伺服閥特性參數調整，伺服閥故障得到了有效的控制，伺服閥維修費用、生產過程中造成的次品逐年下降并保持在較低，取得了顯著的成效，為六安鋼鐵中厚板生產提供了強有力的保障。2009年末向全公司2150中厚板廠、能源管控中心等進行大力推廣，為提高我公司產量及成材率提供了有力的保障，給公司帶來可觀的經濟效益。
六安鋼鐵伺服閥的特色調整維護提供簡便、有效、快捷、可靠的平臺，取得了較好的經濟效益，具有廣闊的發展應用前景。
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