#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

2、监测系统的主要专家知识。液压压下与 AGC 液压故障与分析液压压下及 AGC 故障概述液压压下装置用于作为针对轧制力变化实行厚度调节系统的一种快速精确 调节定位系统。； 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。 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：位移传感器故障、伺服阀或油缸泄漏、偏差或零调不1 / 15 准。轧制力 AGC

3、液压故障。液压控制系统由两套独立且完全相同液压位置伺服系统 组成，它们设定同一值。正常工作时，两套控制系统按照完全相同的指令控制压下油缸上下移动。 采用时间段 T信号进行平滑滤波。当两油缸位置传感器位置差 |S1-S2|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

4、，轧制时，油缸 工作腔压力应基本满足： 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

5、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。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。2 / 15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3 / 15AGC液压控制位置系统是精轧机

6、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，位置无法控制放大器零点或放大系数漂

7、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

8、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、伺服阀故障，如磨损、泄漏2、伺服放大器零漂3、油缸严重泄漏压力过高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/ 15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，

9、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、电气断线，驱动电流为零CVC 液压故障与分析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，

10、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|-|DOW

11、N|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，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/ 15 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

12、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 液压伺服系统，正常工况下，伺服阀零偏电流应 I ；而当 零偏大于 30，伺服阀需更换。对伺服阀零偏电流 I趋势分析：零偏电流 I 在适当范围内变化，伺服系统正 常；零偏 I逐步增大，控制基本达到要求，位置可能漂移，可能故障：伺服阀或 油缸寿命性故障。当零偏电流 I突然增

13、大，伺服阀失控，油缸偏向一端，可能故 障：伺服阀突发性故障或油缸卡滞。CVC 液压控制系统故障树分析CVC 液压故障树如图 3-3 所示。CVC 液压控制系统故障归类CVC 液压控制系统是一位置电液伺服系统，相应特征量来说，较为复杂的 是电液伺服阀驱动电流，因为驱动电流大小与工况相关，采集电流信号，可采 用多种分析方法：在非轧制过程中，驱动电流较大，应取实际采样信号进行分析。 提取零偏电流 I0分析伺服阀状态，采用分析轧制过程驱动电流大小，并取其 均值作为特征值，对该值实时监测、分析。对零偏电流进行趋势分析，采用其均值作为特征值。CVC液压控制位置系统故障引起最终特征量表现以下几个方面： 位置

14、控制精度达不到要求，如某一位置传感器测量值大于极限位，或同一 轧辊两个传感器位置值超差，或同侧上、下辊位置值超差。伺服阀驱动零偏电流大于正常范围。某油缸位置无法控制。 某油缸控制压力建立不起等。其归类如表 3-3与表 3-4所示。/ 15图3-3 CVC 液压系统的故障树表 3-3 CVC 液压控制系统故障 -现象对应表故障现象位置传感器零点漂移位置偏差过大位置传感器损坏对应油缸位置无法控制，如测量值 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

15、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/ 15位置大于极限位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

16、、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、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

17、与优化，达到保证系统动态响应精度的目的。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，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。/ 15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

18、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因为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

19、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，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

20、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。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。/

21、 15图 3-14 弯辊液压控制系统故障树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

22、然增大，或电流为零压力10 / 15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、

23、 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活套液压故障的分析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）。/ 15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。活套液压故障归

24、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/ 15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 ,

25、 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、 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

26、 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因为轧辊轧制量过大，使得轧辊表面磨损严重，轧 制时板面出现凸麻点。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/ 15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 2 3M 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，各机架压下量分配不当和板形不良，引起甩