液壓伺服控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的分析

鞠 丹

隨著生產(chǎn)制造業(yè)的不斷發(fā)展，具有較好可控性和響應(yīng)速度的液壓伺服控制系統(tǒng)逐漸得到廣泛應(yīng)用。液壓伺服控制系統(tǒng)的精確控制有助于提高生產(chǎn)效率，隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工程機(jī)械技術(shù)不斷優(yōu)化，特別是先進(jìn)的液壓伺服控制技術(shù)很好地融入工程機(jī)械中，不僅可以合理控制機(jī)械發(fā)動機(jī)的運行功率，還可以有效提高工作量和促進(jìn)機(jī)械工業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科學(xué)發(fā)展。此外，在生產(chǎn)制造過程中也可以達(dá)到節(jié)能的目的。

1 軋鋼生產(chǎn)

1.1 軋鋼生產(chǎn)的內(nèi)容

現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)包括煉鐵、煉鋼和軋鋼三個生產(chǎn)系統(tǒng)，其中軋鋼是將連鑄坯軋制成鋼材，擔(dān)負(fù)著鋼材生產(chǎn)的任務(wù)。鋼材生產(chǎn)的方法包括軋制、鍛造、擠壓和拉拔等，軋制具有生產(chǎn)率高、品種多、連續(xù)性強(qiáng)、易于自動化等優(yōu)點，約有90%的鋼材采用軋制生產(chǎn)的。有色金屬也主要用軋制方法，大斷面連鑄坯軋制成小斷面的鋼材要經(jīng)過多次軋制。

1.2 軋鋼生產(chǎn)管理

在軋鋼生產(chǎn)期間加強(qiáng)管理，有利于軋鋼的成品質(zhì)量和生產(chǎn)連續(xù)性，使軋鋼企業(yè)獲得穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)收益。企業(yè)是否能夠長遠(yuǎn)發(fā)展，與生產(chǎn)質(zhì)量存在密切的關(guān)聯(lián)。因此對軋鋼生產(chǎn)過程強(qiáng)化質(zhì)量控制，是企業(yè)持續(xù)發(fā)展、獲得效益的關(guān)鍵基礎(chǔ)，同時也會影響企業(yè)的后續(xù)排產(chǎn)與營銷，有利于降低生產(chǎn)成本，影響產(chǎn)品在市場中的競爭力。因此，加強(qiáng)軋鋼在生產(chǎn)中的管理工作意義重大，軋鋼生產(chǎn)是企業(yè)的重點工作之一。軋鋼生產(chǎn)存在多個不確定因素，其工藝有一定的復(fù)雜性。由于存在眾多的不確定因素，軋鋼生產(chǎn)建立模型有一定難度，難以將機(jī)理運用于建模，借助差分方程或通過微分方程來精確描述生產(chǎn)過程具有一定的難度。在軋鋼生產(chǎn)的管理中，控制輸入是將工序分環(huán)節(jié)、分階段來加入的，輸出的實現(xiàn)要依靠相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為強(qiáng)化軋鋼生產(chǎn)控制，就要在實際生產(chǎn)管理中借助輸入標(biāo)量，結(jié)合眾多的工序控制，促使輸出質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)成最好的效果。軋鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量控制機(jī)理較為復(fù)雜。軋鋼的生產(chǎn)要結(jié)合上游的煉鐵、煉鋼、連鑄等環(huán)節(jié)，而任何環(huán)節(jié)發(fā)生問題都會影響到軋鋼的質(zhì)量。依據(jù)現(xiàn)有的工序分類，軋鋼生產(chǎn)可以分為坯料準(zhǔn)備階段、加熱階段、粗軋、精軋、精整、檢驗等。應(yīng)對這些階段存在的影響因素展開細(xì)致分析，研究生產(chǎn)工序與產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。

1.3 軋鋼生產(chǎn)中的質(zhì)量控制

軋鋼生產(chǎn)管理中，要加強(qiáng)對關(guān)鍵的工序管控。軋鋼生產(chǎn)中發(fā)生的各類質(zhì)量問題多數(shù)是由于孔型、軋輥、換品種造成的，特別是在軋輥更換以后，軋鋼產(chǎn)品板型會發(fā)生一定的改變、外形尺寸與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符。因此生產(chǎn)過程要加強(qiáng)質(zhì)量控制，及時調(diào)整軋制工藝，特別是進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)、槽孔、軋輥等要有精確的調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。通過加強(qiáng)校樣的檢驗，保障軋材板型與定尺長度與規(guī)定相符。

1.3.1 通過檢測軋出樣品

首先，鋼坯在加熱中要保證受熱的均勻，特別是要防止黑印問題的發(fā)生。隨著技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前加熱爐的加熱模式多采用自動脈沖加熱，在生產(chǎn)中可以通過采用自動補償?shù)姆绞?，均熱段?nèi)的加熱工藝改進(jìn)可以預(yù)防黑印問題的發(fā)生。在爐內(nèi)還可以采用設(shè)置蓄熱黑體、增上陶瓷纖維等耐火材料，借助更先進(jìn)的測溫方式來對爐內(nèi)環(huán)境加以控制，以提高升溫的控制效果達(dá)到要求。針對板型的控制，可以借助自動厚度控制系統(tǒng)來提高產(chǎn)品的質(zhì)量管控效果，它可以顯著改善過鋼中厚度波動過大的問題，實現(xiàn)精細(xì)化控制，有利于提升軋材質(zhì)量、成材率，降低工序成本。

1.3.2 控制軋材的公差

依據(jù)軋鋼生產(chǎn)工藝，成品與中精軋道次孔型的設(shè)計多采用閉口、半閉口交替的方式。生產(chǎn)工藝的優(yōu)化要考慮各軋制道次的溫度變化、金屬型變等數(shù)據(jù)條件，金屬寬展系數(shù)要合理選取，準(zhǔn)確計算軋件的吃壓量、變形量、前后滑等相關(guān)參數(shù)，保證孔型系統(tǒng)科學(xué)，使軋件在軋制中金屬變形量更加科學(xué)。軋鋼工藝的優(yōu)化可以實現(xiàn)軋件在寬度方向的受力合理，保證料型，降低生產(chǎn)中調(diào)整的難度，減少軋件寬度上公差的大范圍波動，有利于降低質(zhì)量缺陷、提高合格率。此外，當(dāng)前軋鋼壓下控制技術(shù)有了很大提升，如可以采用液壓的方式控制軋機(jī)的料型寬度提升剛度、防止寬度偏差過大問題，有利于提高軋材精度。

2 伺服系統(tǒng)原理及特點

2.1 伺服系統(tǒng)原理

伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，用于精確跟蹤或再現(xiàn)某一過程。由控制器、動力驅(qū)動裝置、反饋裝置和電機(jī)組成。其主要任務(wù)是根據(jù)控制指令的要求對功率進(jìn)行放大、變換和調(diào)整，從而靈活方便地控制驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)矩、速度和位置輸出。其主要功能是：用小功率指令信號控制大功率負(fù)載；在無機(jī)械連接的情況下，輸入軸控制遠(yuǎn)距離輸出軸，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離同步傳動。

液壓伺服控制系統(tǒng)可以對輸入信號進(jìn)行放大和變換，在輸出方面可以非?？焖贉?zhǔn)確地再現(xiàn)輸入量的基本變化規(guī)律。傳統(tǒng)伺服控制的工作原理是基于輸入信號和反饋信號的差異，而液壓伺服控制的原理與傳統(tǒng)伺服控制相同。技術(shù)上稱之為根據(jù)偏差控制原理。由于生產(chǎn)需要隨著輸入信號的變化達(dá)到改變控制量的目的，伺服控制將得到廣泛應(yīng)用。

一個完整的液壓伺服控制系統(tǒng)，按其結(jié)構(gòu)可分為動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)五部分。一個液壓伺服控制系統(tǒng)要正常運行，以上五個部分都不是必不可少的。具體介紹如下：①液壓泵作為動力元件，主要將原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，可比作液壓泵的心臟。②液壓缸或液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件，可以將系統(tǒng)中液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并對與其接觸的工作機(jī)構(gòu)做功。其中，液壓缸主要做直線往復(fù)運動，而液壓馬達(dá)做圓周運動。③壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥作為控制元件，控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的油壓、方向和流量。④除上述三個部件外，其他部件為輔助部件，如油管、油箱、過濾器和蓄能器等，起連接、儲油、過濾、儲存壓力油的作用，對保證液壓伺服控制系統(tǒng)的正常運行起到了至關(guān)重要的作用。⑤液壓油是液壓系統(tǒng)中最常用的工作介質(zhì)之一，可比作液壓系統(tǒng)的血液。液壓油的性能將直接影響液壓系統(tǒng)零部件的可靠性、靈敏度、穩(wěn)定性、效率和壽命。

2.2 液壓伺服控制的特點

液壓伺服控制具有更顯著的優(yōu)勢，液壓伺服控制工作介質(zhì)液壓油的壓縮性對動態(tài)工作的液壓系統(tǒng)影響很大，但對動態(tài)性能要求不高，只考慮液壓系統(tǒng)工作在穩(wěn)態(tài)，一般不考慮，所以可以依靠油的連續(xù)流動進(jìn)行傳輸。油路可加裝液壓緩沖裝置，避免因加工裝配誤差引起的振動和沖擊，使傳動十分平穩(wěn)，方便頻繁換向。因此，被廣泛用于要求平穩(wěn)傳輸?shù)膱龊?。在輸出功率相同的情況下，液壓伺服控制的體積和質(zhì)量可遠(yuǎn)小于機(jī)械傳動和電動傳動，因此其慣性小，工作動作靈敏。液壓系統(tǒng)中裝有多個控制閥，在必要時可起到安全保護(hù)作用，并可自動防止過載，避免安全事故的發(fā)生。采用液壓伺服控制，可以獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架和數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工各種形狀的零件。當(dāng)然，液壓伺服控制也有很多不足，如維護(hù)要求較高，難以實現(xiàn)等比傳動，對使用環(huán)境溫度要求較高，不能遠(yuǎn)距離傳輸動力，對液壓油純度要求高，故障不易排查等，因此在使用時要充分發(fā)揮其優(yōu)點，盡量避免缺點。

3 液壓伺服控制系統(tǒng)的基本故障特征

3.1 多樣化

通過對液壓伺服控制系統(tǒng)相關(guān)故障的深入研究，可以發(fā)現(xiàn)引起故障的因素具有多樣化的特點。同一個故障可能有多種原因，這些原因相互重疊、相互影響，難以準(zhǔn)確判斷。例如，如果傳動系統(tǒng)的壓力達(dá)不到，液壓油可能會泄漏，液壓泵的動力可能不足，閥門可能會堵塞，油的粘度可能會降低。這也可能來自機(jī)電方面。另一方面，在液壓伺服控制系統(tǒng)中，不同的部件具有不同的功能和結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生各種故障現(xiàn)象。

3.2 復(fù)雜性

液壓伺服控制系統(tǒng)的故障比較復(fù)雜，會影響到機(jī)械整體。有些故障可能會導(dǎo)致整個液壓系統(tǒng)甚至機(jī)器癱瘓。例如，液壓執(zhí)行器動力不足，壓力不穩(wěn)定。作為維修人員，很難判斷是液壓泵動力不足還是油、閥門或機(jī)械部件有問題。排查的難度可想而知。液壓伺服控制系統(tǒng)的故障具有多樣化的特點，這也使得液壓伺服控制系統(tǒng)的故障表現(xiàn)形式多樣化，增加了液壓伺服控制故障的復(fù)雜性，提高了故障診斷和排除的難度。一次判斷液壓伺服控制系統(tǒng)的故障原因和故障位置，也使得液壓伺服控制系統(tǒng)的故障評估更加復(fù)雜。液壓伺服控制系統(tǒng)的內(nèi)部部件緊密相連，會影響到整個機(jī)械。通常一個組件的損壞會影響所有連接的組件。這增加了維護(hù)的難度。維修人員需要考慮各個部件的裝配方式，掌握不同部件的維修技巧，從頭到尾完成各個部件的故障排除和維修。

3.3 復(fù)雜判斷

根據(jù)液壓伺服控制系統(tǒng)的特點，故障發(fā)生后很難快速確定故障的位置和原因。必須仔細(xì)檢查、判斷、分析和試驗，找出故障的原因和位置。但一旦發(fā)現(xiàn)，后處理很簡單，有的只需稍微調(diào)整、清洗或更換濾芯即可解決問題。

3.4 隱形性

首先，液壓伺服控制系統(tǒng)的故障大多發(fā)生在裝置內(nèi)部，而外部往往沒有問題，容易誤導(dǎo)維修人員。其次，由于其結(jié)構(gòu)比較精細(xì)，零件極小，長期高負(fù)荷運行時即使出現(xiàn)老化或損壞也不易被發(fā)現(xiàn)，從而殘留在液壓系統(tǒng)中，最終導(dǎo)致故障。小部件故障及時發(fā)現(xiàn)，拆卸液壓伺服控制系統(tǒng)是一個繁瑣的過程，對維修人員來說也是一個麻煩和挑戰(zhàn)。一般來說，在液壓伺服控制系統(tǒng)的運行中，其運行環(huán)境是一個封閉的環(huán)境。

4 軋鋼液壓伺服控制系統(tǒng)故障原因分析

4.1 設(shè)計的原因

軋鋼液壓伺服控制系統(tǒng)故障的次數(shù)與產(chǎn)品設(shè)計有很大關(guān)系。在設(shè)計上，通過優(yōu)化產(chǎn)品的外形或增加一些保護(hù)部件，可以有效地保護(hù)重要部件免受磨損或腐蝕，減少設(shè)備維護(hù)的頻率。設(shè)計人員不僅要有豐富的專業(yè)知識儲備，還要參與設(shè)備維修，聽取維修技術(shù)人員的意見。

4.2 維修原因

一般來說，軋鋼液壓伺服控制系統(tǒng)工程組裝調(diào)試后，可以提高工程各個領(lǐng)域的性能。但是，由于液壓元件的更新和變化，機(jī)械工程維修和保養(yǎng)可能會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)新的故障。因此，維修機(jī)械設(shè)備時，技術(shù)人員必須嚴(yán)格遵守其零部件的質(zhì)量控制。

4.3 液壓伺服控制系統(tǒng)本身原因

當(dāng)電壓穩(wěn)定時，液壓伺服控制系統(tǒng)有時功率不足，無法承受外部負(fù)載。這樣，系統(tǒng)會逐漸降低運行速度和旋轉(zhuǎn)功率，大大降低工作效率。造成這種情況的主要原因可能是泄漏問題，或相關(guān)離心泵出現(xiàn)異常，導(dǎo)致無法儲存足夠的動力進(jìn)行傳輸和運行。

5 軋鋼液壓系統(tǒng)故障排除

5.1 觀察排除法

觀察和排除方法適用于有經(jīng)驗的維修人員，對工程機(jī)械液壓伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)了如指掌。通過五感（視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺）、個人經(jīng)驗和簡單的工具，可以觀察和診斷液壓系統(tǒng)的故障，進(jìn)行小規(guī)模的操作，然后結(jié)合平時的維修經(jīng)驗找到一些簡單的故障，識別出故障的位置和原因。觀察消除方法時，應(yīng)注意：首先考慮外部因素對液壓伺服控制系統(tǒng)的影響，然后從系統(tǒng)內(nèi)部部件中找出問題所在。在觀察和故障排除時，一定不能只考慮液壓系統(tǒng)，而要結(jié)合機(jī)械、電氣、液壓等方面進(jìn)行綜合故障排除。在故障處理過程中，要區(qū)分長期故障和突發(fā)性故障，分析和排除長期故障的原因，發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行相應(yīng)處理。觀察排除法適用于有經(jīng)驗的維修人員。

5.2 儀器檢測方法

儀器檢測方法是基于目視觀察方法。對于可疑的異常部位，利用現(xiàn)代儀器和計算機(jī)，由易到難依次檢測，找出故障原因和位置，進(jìn)行故障排除。這些方法包括儀器測試、液壓油分析測試和計算機(jī)測試。在實際故障診斷中，既要采用傳統(tǒng)的觀察方法，也要采用排除方法，而要采用現(xiàn)代精密儀器進(jìn)行儀表檢測。這兩種方法不能相互替代和組合。在軋鋼液壓系統(tǒng)的故障診斷中，可選擇使用壓力表、流量計等儀表檢查液壓伺服控制系統(tǒng)各部件的壓力值、流量、速度、溫度等參數(shù)值，對照技術(shù)文件的標(biāo)準(zhǔn)范圍，及時找出故障的位置和原因。具體包括以下檢測儀器：①壓力表。在液壓伺服控制系統(tǒng)的運行中，壓力值是一個重要的參數(shù)。一旦液壓伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，壓力值就會下降。通過壓力表檢測液壓伺服控制系統(tǒng)的壓力值，判斷液壓伺服控制系統(tǒng)是否有故障。②流量計。流量是衡量液壓伺服控制系統(tǒng)是否處于良好狀態(tài)的重要參數(shù)。通過流量計可以測量液壓伺服控制系統(tǒng)的容積效率、元件的進(jìn)出口流量和液壓回路，及時發(fā)現(xiàn)異常流量，有利于故障診斷和排除。液壓伺服控制系統(tǒng)。③轉(zhuǎn)速表。維修人員可以選擇轉(zhuǎn)速表來觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動速度和速度值，這是反映液壓伺服控制系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。

5.3 邏輯推理方法

軋鋼液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜，難以診斷。因此，可以通過邏輯分析來驗證。使用這種方法，必須做到以下兩個方面：一是從主機(jī)上查找原因，觀察軋鋼液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否工作正常；其次，從系統(tǒng)本身的性能出發(fā)，對系統(tǒng)故障的原因進(jìn)行邏輯推理。邏輯推理方法主要取決于維修人員的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。通過自身對液壓伺服控制的技術(shù)知識和基本技能，邏輯推理方法可以從邏輯上推斷出液壓系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓元件等故障。液壓伺服控制系統(tǒng)故障引起的故障現(xiàn)象一般為壓力異常,如果動作異?；蛩俣犬惓＃S修人員應(yīng)仔細(xì)觀察和閱讀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，確定軋鋼系統(tǒng)故障的根本原因，并進(jìn)行輔助方法的詳細(xì)排除，從而最終確定軋鋼液壓伺服控制系統(tǒng)的故障，有利于故障排除和解決。

6 液壓伺服控制控制系統(tǒng)的應(yīng)用流程

首先，有必要明確液壓伺服控制系統(tǒng)在我國機(jī)械工業(yè)發(fā)展過程中的主要應(yīng)用。目前，液壓伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：對于一些正常的機(jī)械制造行業(yè)，主要應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)制造行業(yè)。目前，鋼鐵工業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了很好的推動作用。例如，冶金工業(yè)的發(fā)展可以保證各類金屬的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量得到有效提高。同時，起升裝置也采用液壓伺服控制系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)可以保證起重的穩(wěn)定性，使起重的極限得到更好的提高。機(jī)械液壓系統(tǒng)是工程建設(shè)領(lǐng)域范圍非常廣泛的內(nèi)容，其中液壓馬達(dá)和液壓缸是數(shù)量較多的內(nèi)容，因此就會分布較為分散的液壓站比例。技術(shù)操作人員在實際應(yīng)用液壓系統(tǒng)的過程中需要將就近的、同類型的液壓設(shè)備共同的納入到同一液壓系統(tǒng)當(dāng)中，做好對裝機(jī)容量問題的規(guī)避。而對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的時候也一定要注意到節(jié)能生產(chǎn)工藝的重要性，需要將工藝順序和液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)參數(shù)作為主要的依據(jù)來進(jìn)行積極了解，充分地體現(xiàn)出蓄能器的重要性，并且做好能量的補充工作，讓電機(jī)的功率可以大范圍的降低，實現(xiàn)對投資成本的降低。

7 伺服控制技術(shù)應(yīng)用發(fā)展措施

7.1 體現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的針對性

在應(yīng)用伺服控制技術(shù)之前，需要詳細(xì)了解服務(wù)對象，總結(jié)其相關(guān)方面的需求，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定合理選擇和使用該技術(shù)。例如，在保證技術(shù)應(yīng)用滿足使用需要的前提下，分析技術(shù)的可操作性、便利性、經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展性，盡量減少技術(shù)操作的難度，降低操作風(fēng)險。此外，在設(shè)計相關(guān)技術(shù)應(yīng)用時，還應(yīng)考慮“人機(jī)”結(jié)合的管理思想，提高相關(guān)人員的素質(zhì)，盡量減少人工操作對系統(tǒng)的不利影響。

7.2 加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用動態(tài)管理

在伺服控制技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)建立有針對性的管理機(jī)制，加強(qiáng)動態(tài)管理，根據(jù)實際情況及時進(jìn)行技術(shù)調(diào)整優(yōu)化，增強(qiáng)服務(wù)效果。例如，某設(shè)備雖然在初期滿足使用要求，但由于長期使用，存在老化問題，性能減弱。除了工業(yè)生產(chǎn)要求的變化，對及其的控制要求也在提高。因此，應(yīng)及時進(jìn)行控制設(shè)備更換和系統(tǒng)升級。與時俱進(jìn)。同時，要建立針對性的管理制度，設(shè)置專職管理人員，實現(xiàn)“專人、專職、專責(zé)”的“三專”管理模式。

8 結(jié)語

綜上所述，目前的液壓伺服控制系統(tǒng)已在我國鋼鐵行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。通過系統(tǒng)控制，可以保證和提高整體效率，從而增加我國機(jī)械制造業(yè)的可塑性。在未來的發(fā)展中，應(yīng)重視信息集成和信息融合技術(shù)的研究，將數(shù)據(jù)采集、混合智能故障診斷技術(shù)和遠(yuǎn)程協(xié)同診斷技術(shù)相結(jié)合，更準(zhǔn)確、更快速地診斷液壓系統(tǒng)故障，以便更好地為工業(yè)自動化產(chǎn)能服務(wù)。