轧机液压故障动态仿真方法研究.pdf

To t a l No. 1 3 2 Ap r i l 2 0 0 2 冶金设备 ME TA L L UR GI C A L E QUI P M E N T 总第 2 0 0 2 年 4 1 3 2期 月第 2 期 车 L 机液压故障动态仿真方法的探讨 黄 志坚“ 广州珠江钢厂5 1 0 7 3 0 滕 召旗 广东工业大学机电学院5 1 0 7 3 0 摘要为建 立轧机液压故障的模型， 在理论分析的基础上， 系统地探讨了乳机 A G 液压系统故障 包 括泄漏增大、 油内混入空气、 放大系数漂移等常见故障 压力与位置参数曲线动态仿真的基本方法。 关.词乳机A G C仿真故障 中 阴价 举 号TF 3 0 7空 献 标 识 码B D y n a m i c S i m u l a t i o n Me t h o d f o r R o l l i n g Mi l l i n g H y d r a u l i c T r o u b l e s Hu a n g Z h i j i a n G u a n g z h o u Z h u j i a n g S t e e l P l a n t T e n Z h a o q G u a n g d o n g I n d u s t r y Un iv e r s it y A B A T R A C T I n o r d e r t o s e t 一u p mo d e l s o f r o l l in g mi ll in g h 州r a u l ic a t r o u b l e s , b a s e d o n t h e t h e o r y a n a ly s is , t h e p r e s s u r e a n d p o s i t i o n d y n a m i c s imu l a t io n me t h o d f o r r o l li n g mil l in g A GC h y d r a u l ic t r o u b l e s in c l u d i n g le a k a g e , a i r in o i l a n d a m p l i f ie r f a c t o r c h a n g e d h a v e b e e n d i s c u s s e d s y s t e m a t i c a l l y . K EY WOR D S R o l l in g m i l li n g A G C S imu l a t io n T r o u b l e 1概述 为了探讨轧机液压系统故障的特征， 并利用 在线监测系统提供的轧机液压系统实际动态曲 线. 有必要对轧机液压故障性能曲线进行仿真， 以便日后故障诊断时有典型故障的参考样本， 其 基本做法是 建立轧机液压装置的数学模型。 对此模型进行仿真， 并作适当调核， 使其与 正常状态下的实测曲线相一致 在此基础上. 改变相应的参数 模拟典型故 障状况 ， 仿真该状况下的动态曲线 定期采集实际曲线， 将实际曲线与仿真曲线 作对比. 由此判断故障。以轧机液压A GC压力与 位置曲线的动态仿真为例， 系统地探讨液压故障 仿真的基本方法。 Z 轧机A G C 动态压力与位置曲线的分析 2 . 1实测曲线及分析 在板带轧制工艺过程中， 珠钢 C S P轧机咬钢 瞬间液压 A G C系统的压力与位置实测曲线分别 如图 1与图 2 所示 / . , L 7 5 e 7 L 5 0 e 7 1 .12 5 e , 7 I . 0 0 - 7 7 . 5 0 e 6 5 . 0 0 c , 6 2 . 5 0 e 6 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 t a 图 1 咬钥瞬间 A G C液压虹压力响应曲线 A G C系统压力在这一瞬间实际上是一个输 入量为负载力、 输出量为压力的阶跃响应过程。 其位置曲线是一个恒值控制过程， 咬钢的冲击作 用使位置变化， 经反馈控制又恢复正常。 .作者简介 黄志坚， 男 1 9 5 6 年生， 高上， 北京航空航天大学机电工程专业在读博士， 主要研究领域为机械故障诊断 总 第1 3 2 期冶金设备2 0 0 2 年 4 月第 2 期 2 . 2数学模型 A G C液压系统是一个闭环的位置 控制系统， 也是一个阀控液压缸系统。在咬钢的瞬间. 是对 阶跃的负载干扰量响应的过程， 其有关的微分方 程是 1 力平衡方程 FL MS 2 BSKPL Ap 式中 F 负 载力; ms 惯性力; B S 摩察阻力; K弹性 力; Ar 一面积 ; 尸 负载压力口 2 负载流量方程 P L K c e V t / g e S -X P K, Kv Q L 式中 Kc e 一 泄漏系数; V t 一液压缸容积; 户油的压缩系数; s 一负载流量; XP 一液压缸位置; K , 一位R反馈系数; Kv 一伺服阀的流量系数; Q ;为液压缸的负载流量。 此式的物理意义是负载流量Q 由Q 尸 K c e V t / /3 e S 减去Q L 2 X P K , K v 得到。 3 负载流量一液压缸位移方程 Qr . XP AP S 此式的物理意义是负载流量 Q 等于缸运动 速度 X P S乘以缸的面积AP . Kc 1 0 0 A/ m Kv 0 . 0 4 5 m / s A M1 2 0 0 0 K g B1 0 0 0 Ns / m V, 0 . 1 2 m A, 0 . 8 m Kc e 1 . 8 e -8 m / Ns 3 e 6 . 9 e 4 - 8 N / m2 FL 1 . 2 5 e 十7 N PL - 1 . 5 6 e 十7 N/ m2 弹性系数K忽略不计 / A w S 羚 图 3 .4 G C系统控制方框图 3 轧机A G C动态压力 与位里曲线的 仿真 3 . 1 仿真模型 仿真系统采用 MA T L AB软件构成。正常状 态下的仿真曲线如图4 和图5 所示 1 . 7 5 e 7 1 . 5 0 e 7 1 . 2 5 e 7 1 . 0 0 e 7 7 . 5 0 e 6 5 . 0 0 e 6 2 . 5 0 . 6 N / 0 . 01 4 5 0 0 . 0 1 4 4 5 0 . 0 1 4 4 0 0 . 0 1 4 3 5 0 . 0 1 4 3 0 0 . 0 1 4 2 5 0 . 0 1 4 2 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 t s 图 4 液压 A GC正常时的仿真压力曲线 X . 恤 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 t s 图 2咬悯瞬间AG C液压虹位置响应曲线 2 . 3 控制方框图与其参数 系统控制方框图如图3 所示。 根据资料， 控制系统的参数初步确定如下 42 一 0 . 01 4 5 0 0 . 01 4 4 5 0 . 01 4 4 0 0 . 0 1 4 3 5 0 . 0 1 4 3 0 0 . 0 1 4 2 5 0 . 01 4 2 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 t s 图5液压 A G C正常时的仿真位兰曲线 黄志坚等 轧机液压故障动态仿真方法的探讨2 0 0 2 年 4 月第 2 期 可见 仿真曲线与实测曲线基本上是吻合的 N 加 1 . 7 5 e 7 1 . 5 0 e 7 1 . 2 5 “ 4 7 1 . 0 0 “ 7 7 . 6 0 e 6 5 . 0 0 e 6 2 . 5 0 e 6 空气 V , l P e 由 1 . 7 4 e 一7 m Z N增大至 3 . 4 8 e 一 7 mZ N 、 放大系数漂移 Kl Kv由4 . 5 . 2 / s 增大至 1 3 . 5 m2 / s ， 以及泄漏增大与油内混入空气同时 出现竿故障. 仿真结果如图6草图9所示、 0 . 3 0 . 4 0 . 50 . 6 t s 泄漏增大仿真压力曲线 x . m 0 . 0 1 4 5 0 0 . 01 4 4 5 0 . 0 1 4 4 0 0 . 0 1 4 3 5 0 . 0 1 4 3 0 0 . 0 1 4 2 5 0 . 0 1 4 2 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 t s 0 . 0 1 4 5 0 0 . 01 4 4 5 0 . 01 4 4 0 0 . 0 1 4 3 5 0 . 0 1 4 3 0 0 . 0 1 4 2 5 0 . 01 4 2 0 0 . 30 . 4 0 . 50 . 6 t s 图 7 液压 A G C泄漏增大仿真位置曲线 N / . 1 . 7 5 “ 7 1 . 5 0 e 7 1 . 2 5 e 7 7 . 5 0 e 6 5 . 0 0 “ 6 2 . 5 0 “ 6 图 9 液压A GC放大系数漂移仿真位星曲线 可见不同故障状态下， 压力与位置曲线是有 明显区别的。 4结论 利用MA T L A B 仿真软件 可方便地将控制系 统的数学模型转化为仿真模型。 并修改参数，以 实现对轧机液压系统的动态仿真。 对于新投入运行的液压控制设备， 可通过故 障设置与动态仿真， 找到其故障的特征信息， 以 便在日后的实际运行中及时地发现和正确判断 故障。 0 . 1 0 . 2 0 . 30 . 4 0 . 5 0 . 6 t . 图吕液压 A GC放大系数漂移仿真压力曲线 . 2 故障设置与仿真 在此设置了液压系统泄漏增大 Kc 。由 1 . 8 e -8 m / N 、 增大至 1 . 8 e - 7 m / N s 、 油内混入了 参 考 文 献 叮 幻 王占林. 近代液压控制. 北京 机械工业出版社， 1 9 9 7 [ 2 1 黄志坚 吴百海， 毛宁.轧机液压故障智能诊断探讨 机械开发. 2 0 0 0 增刊 4 8 5 0 收稿日期 2 0 0 1 -0 2 -2 1 ; 修回日期 2 0 0 1 -8 -2 5 〔 接 5 2 页 以达到较好的控制效果， 浇注精度不超过 士 2 . 0 6 X.既减少了不必要的浪费， 又可减轻操作 者的劳动强度， 适用于现代大规模自动化生产; 2 采用MA C阀与比例减压阀联合控制方 法， 可以有效的减少液面调整周期， 提高生产效 率 ; 3 适当延长出铁时间， 可减少由塞杆启闭时 间对浇注量产生的影响. 有利于提高浇注精度。 参考文献 [ 1 ] 李恩琪等编. 铸造用感应电炉 .机械工业出版社， 1 9 9 1 [ 2 7 隋雪平译 . “ 气压式自动浇铸机” . 国外铸造技术 ， 1 9 8 2 2 收稿日期 2 0 0 ] -1 2 -2 7 ; 修回日期 2 0 0 2 -0 2 -2 6