随着冶金轧制设备制造水平的提高,为保证整机轧制力,对AGC伺服液压缸的质量控制及其性能测试提出了更高的要求,各项性能指标的好坏直接影响厚控系统的可靠性,进而影响产品质量.AGC油缸具有轧制力大、频率响应高和结构复杂的特点.生产现场一旦出现问题,处理难度大,影响正常生产,因而在调试之前的出厂测试十分重要.本文根据轧机中AGC液压缸的使用需求,参考国家和行业相关液压缸测试标准,针对伺服液压缸测试系统,提出了测试平台的搭建、各项性能指标的测试方法.为设备制造厂家提供了一定的验收方法和准则.

参考国家相关规定^[1]和行业标准,AGC油缸在生产及装配中一般遵循的技术要求如下:

(1) 装配中按照JB/ZQ 4000.9—1986《装配通用技术条件》的有关规定执行;

(2) 装配前各零件清洗干净,将各加工通道内的残留铁屑除尽,严禁铁屑等污物进入油缸内;

(3) 油缸装配时应严格按照规程进行,不得损伤密封环,缸体与活塞表面不得有划痕,装配油缸时,油缸内部不准抹甘油,可用清洁度为NAS8级的32^#液压油润滑;

(4) 缸套与缸体之间的连接螺钉预紧力均匀;

(5) 组装完成后对油缸进行测试,测试前应尽量排尽油缸内空气,在油缸的设计压力1.25～1.5倍的试验压力下进行油缸的外漏测试,然后进行低速运行试验压力及摩擦力测试,试验用油清洁度为NAS7级;

(6) 在工作行程内活塞杆的偏摆不大于±0.2 mm;

(7) 活塞运行要平稳,无卡碰及爬行现象,在不受偏载的情况下油缸摩擦力不大于油缸总推力的4‰;

(8) 装配完毕及测试后,应该用丝堵堵上所有孔口,防止油缸内受污染.

根据测试需要搭建AGC伺服油缸的测试平台.平台主要有液压泵站、伺服阀台、测试油缸及机架^[2]、提升油缸阀台.泵站主泵采用PV063恒压变量泵,采用FF106A系列伺服阀.测试平台液压原理如图 1所示.

图 1

图 1 测试平台液压原理图 Fig.1 Hydraulic principle of the test platform

AGC油缸装配的成品要进行无负载情况下的跑合测试,进行全行程往复低速运动,排尽缸内空气直至运动平稳、无爬行现象.在此项测试过程中,及时检查是否有外部泄漏、振动和爬行等异常现象.

被测试AGC油缸加载至试验压力,观察进出油口、放气装置、杆密封及各结合面处等.检测标准为无泄露,且机械结构无明显变形或损坏.

调节系统压力至1.5倍额定压力,对油缸实行不同压力保压10 min,观察各级保压下的压降;在各个压力下的压降要＜1 MPa.

被测试油缸的活塞杆处在全部伸出和全部收缩位置,测量其全程长度,测量标准为图纸要求的行程.

对被测试液压缸加压试验压力,保压10 min观察各零件是否有异常现象,试验压力为设计压力的1.5倍.测试期间不得有破坏、永久变形及裂纹等异常情况出现.

通过伺服阀控制,使被测试液压缸的活塞腔压力达到设定压力.将活塞杆腔压力去掉,采用将杆腔的油路切断的方法,使AGC油缸的杆腔与大气相通,保证活塞杆腔压力为0.活塞杆腔压力p与保压时间t的关系如图 2所示.活塞杆的位移y与保压时间t的关系如图 3所示.

图 2

p-初始设定压力;p1,t1-时间点的压力. 图 2 活塞腔压力p与保压时间t的关系 Fig.2 Relationship between pand t

图 3

y—活塞杆初始位置;y1,t1—时间点的活塞杆位置. 图 3 活塞杆位置y与时间t的关系 Fig.3 Relationship between y and t

图 2和图 3中:

反复冲洗液压缸,在线监测冲洗液的污染程度,参考标准是清洁度达到NAS6.

图 4为AGC油缸动态性能测试结构图,其中被测试油缸和提升油缸用测压计连接,提升油缸缩回到最低位置时,被测试油缸开始加载,至测试压力后,系统控制柜Wincc控制系统发出正弦信号,通过控制伺服阀的伺服放大器,然后处理成测试曲线.在此过程中伺服油缸活塞杆有一定的偏摆量,为减少这种偏摆造成的影响,在油缸的两侧对称布置两个一样的位移传感器,在活塞杆运行中采样计算两个位移传感器的差值,取最大值.被测试AGC油缸由流量大、精度高的二级射流管式电反馈电液伺服阀(FF106A系列)驱动,为了防止在测试过程中发生碰撞油缸现象,系统中设置了可变增益的位置闭环控制程序^[3].

图 4

图 4 AGC液压缸动态性能测试结构图 Fig.4 Dynamic test structure of AGC cylinder

油缸摩擦力包括动摩擦和静摩擦(主要指启动摩擦力),油缸摩擦力的大小至关重要,特别是在启动阶段,影响AGC油缸的低速性能及稳态精度,通常要用特殊的密封材料及特殊沟槽设计加工等措施来降低摩擦力的影响.在AGC系统中,通常还要采用改变伺服系统增益等措施来校正减弱摩擦力带来的不利影响.因此,知道AGC油缸的摩擦力大小及变化规律很重要,现在根据AGC厚度调节系统的实际控制,得到油缸的摩擦力允许值应为最大轧制力的2‰～4‰.

测试平台使用直接启动压差法测定摩擦力.利用伺服阀给定的精确压力控制AGC油缸从静止状态到开始运动瞬间,借助油缸活塞腔的压力传感器测出活塞从“静止”到“非静止”瞬时的压力,得到的压力数据经过工控机的计算,从Wincc监控界面上绘制出启动摩擦力的压力曲线.

测试过程中除了被测试AGC油缸,配对使用的还有一个小压力提升油缸,提升油缸能够上升或下降,配合测压计使用,在动摩擦力测试中对被测AGC油缸进行缓慢加载,此种方法相比普通油缸的动摩擦力测试精度更高.在动摩擦测试加载过程中,采用压力闭环和位置闭环控制系统,此系统由压力传感器、位移传感器、伺服阀FF106A和伺服阀放大板等元件组成,实现对被测试AGC油缸塞腔油压的精确输入,保障整个动摩擦测试的完成.

动摩擦力的计算公式:

AGC油缸上升过程中,

AGC油缸缩回过程中,

联立式(3)和式(4)得到动摩擦力,

动摩擦力的测试结构如图 5所示.

图 5

f1—测压计的传感系数; f2—AGC液压缸活塞杆位移传感器输出系数; P—输出压力; y—输出位移. 图 5 动摩擦力的测试结构图 Fig.5 Test structure of and dynamic friction

该测试系统已经测试过多个轧机用AGC油缸,图 6为国内某铝加工厂1 550 mm冷轧机AGC油缸的测试现场及实测数据.油缸参数为缸体直径540 mm,活塞杆直径400 mm,最大行程80 mm,最大轧制力750 t,活塞杆腔压力2 MPa,工作腔压力18 MPa.测试结果是阶跃响应时间22 ms.频率响应中幅频宽11.42 Hz,相频宽9.08 Hz.启动摩擦力0.45 MPa,动摩擦力1.49 MPa,位移传感器偏摆量0.015 mm.

图 6

图 6 测试平台及指标实测数据 Fig.6 Test plat form and the measured index data

(1) 平台对AGC液压缸的测试项目较为全面,能够完成AGC液压缸的出厂验收测试,在工厂正常生产中,能及时解决因伺服油缸事故而停产检修的问题,可缩短检修时间,保障经济效益.

(2) 伺服控制系统精确地捕捉到AGC油缸的启动压力和动摩擦力,并绘制出曲线图.

(3) 反馈及伺服加载系统,实现了动态加载,可变增益位置闭环和压力闭环相结合的控制系统,消除了油缸的过加载及撞缸现象.