浅谈伺服控制技术在穿孔导盘中的应用

摘要 文章介绍了穿孔机导盘液压驱动的工作原理和系统结构。浅析了液压伺服控制系统在导盘传动中的应用，并结合生产实际，简述了常见故障，以及相应的处理方法。

关键词伺服控制导盘反馈液压回路

中图分类号： TN820.3 文献标识码： A 文章编号：

1 前言

穿孔机是无缝钢管生产中的重要设备，轧管一部Φ250MPM机组穿孔机为二辊斜轧穿孔机，采用导盘作为导向装置。因穿孔机工作时作用在到导盘上的扭矩较大，所以驱动装置的功率较大，导盘的驱动方式是液压驱动，采用液压驱动一般都需要一个单独的液压站，实际要求导盘的转速必须是匀速，而且必须是等速运行，还要时时根据生产实际情况自动调节自身转速，因此采用液压伺服控制系统控制转速。

2 导盘的安装结构及传动原理

导盘的转速是由一个伺服系统控制，该系统可保证导盘转动速度自动适应轧制速度。每个旋转导盘分别由一个液压马达驱动，液压马达由可变油量轴向柱塞泵供油，通过改变泵的驱动轴与柱塞轴的倾斜角度，提高泵的供油量，液压马达经过减速器，将运动传给导盘，减速器在导盘下面，如图1所示

图1导盘传动示意图

3 导盘的驱动控制系统—H3液压系统

在穿孔过程中，导盘的主要作用是限制轧件在左右方向的横向流动及控制毛管的椭圆度，而轧件在上下方向的金属流动是靠两个直流电机带动的轧辊来完成的。在穿孔过程中为确保毛管外表面的质量和外径、壁厚尺寸精度，要求导盘的转速必须是匀速，而且左右导盘还必须是等速运行。导盘的控制采用了当时先进的液压伺服技术，其液压系统采用了经典的变量泵--定量马达容积闭式循环回路。

液压回路分析

以导盘前进方向为例，分析闭式循环液压回路。见图2。主泵1向油管11供应压力油，马达2的回油经管路12被吸入泵内，不断循环。

图2 H3液压原理图

5 伺服控制回路

伺服泵4从油箱吸油向油管14供油，经过滤器15直接供给伺服阀5，伺服阀5的控制电压与其A、B出口的压差成正比，而A、B腔的压差与液压缸6中的复位弹簧7的力也成正比。液压缸的缸杆和主泵1的斜盘摆角相连，所以通过控制伺服阀的电压来达到控制主泵1的流量。

（1）当A、B腔压差为0时，弹簧7复到中位，主泵的变量摆角为0，主泵的斜盘与传动轴垂直，不输出高压油。

（2）当A、B腔压差为正值时，液压缸6活塞杆向下运动，带动主变量泵1的斜盘变量机构，使斜盘开始转动，当A、B产生的压力差与变量机构及弹簧产生的反作用力平衡时，斜盘的倾角就一定了。主泵就以相应的排量向油管11供油，驱动马达2顺时针旋转。提供给伺服阀6的电压越大，A、B腔的压差就越大，最终斜盘的摆角增大、输出流量也就越大。

（3）当A、B腔压差为负值时，作用力刚好相反，斜盘摆角也相反，则主泵1向油管12供油，驱动马达2逆时针旋转。泵的排量与斜盘的倾角成线性关系，斜盘的摆角与A、B腔的压差成线性关系，而A、B腔的压差受伺服阀5的电压来控制。所以PLC采用一套恒压控制系统，即可很好的控制泵的排量。

在实际工作过程中，泵和马达的泄漏是不可避免的，这无疑影响泵的输出流量。为了更精确的控制马达、导盘的传速，在PLC控制方面，采用了三级反馈系统装置，见图3所示。

图3三级反馈系统框图

在电气PLC可以输入对左右导盘的设定转速，在反馈中，主要用测速链反馈数据和设定转速作比较，随时对输出电压做出调整，直到测速链反馈的转速与设定值一样。当负载突然增加时，强制导盘转速瞬间变慢，此时测速链反馈的数值就比设定转速要低，则PLC就会加大输出电压，直到反馈的转速与设定值相同。如果负载瞬间降低，整个过程就会完全相反。

6 安全、卸荷保护回路

在导盘轧钢过程中会遇到各种意外情况，当导盘阻力突然增大时会给液压系统带来很大的冲击，为了避免这种危害，此系统在主回路中安装了两个溢流阀9、10，当回路中任何一腔的压力过高都可以从溢流阀9、10中溢流走，起到了安全保护作用。

但是有时阻力长时间过大，在流量很大的情况下，液压油不能完全从溢流阀9、10中溢流走，这时还是会造成系统压力过高危害于系统。此套系统还在主油路上安装了压力继电器21，当系统压力达到继电器21的设定压力时，它会向PLC主机发出报警信号，接着PLC会发出信号让电磁阀22得电，换向，而逻辑阀23此时会打开，流路11和12会直接连在一起，形成主回路短路现象。使系统处于卸荷现象，从而起到保护液压系统作用。

7 功率分析

主泵的输出功率N泵＝P × Q(1)

P 为主泵的输出压力

Q =p × n 为主泵的输出流量（恒定）

定量马达的输出功率N＝M × n/974（kW） (2)

M马达输出扭矩即为负载

n马达的输出转数（恒定）

若不计效率损失，则泵的输入功率就等于马达的输出功率。在这套系统中，导盘匀速转动，即马达的转速恒定，因为是定量马达，所以马达的输入流量即泵的输出流量也为恒定。由（1）和(2）可以看出：马达和主泵的功率分别和负载、泵的输出压力成线性关系，泵的输出压力是随着负载变化而变化的，也是成线性的关系。因此在日常维护工作中，只要监控泵输出的压力，就可以知道泵和马达的负载。

8 实际生产中导盘常见故障及处理方法

导盘停转后不能启动，出现这类问题一般主要从以下几方面考虑：

(1)、测速链掉、断

(2)、导盘驱动马达或减速机坏

(3)、伺服泵没有压力输出

(4)、泵的驱动电机坏

(5)、主泵伺服阀或卸荷阀坏

(6)、测速机或电位器坏

处理方法如下:

原因(1)—(4)均可直观观察到，并判断故障原因，并处理。原因(5)和(6)的处理步骤如下：

系统原理(见图4)所示：

图4 左导盘转动伺服控制系统示意图

(1)左导盘如不能启动，则在P6操作台启动主泵，并切换到手动控制。启动前确认主泵是否停机，主泵必须在启动状态。

(2)左导盘具备启动条件后，按启动按钮启动左导盘。如不能启动，不要再动P6面板按钮。手动捅卸荷阀，若导盘转动，则卸荷阀可排除，若导盘不能转动，则卸荷阀坏。

(3)打开控制柜门，找到导盘伺服控制箱，确认控制箱面板，将拨动开关由程控处拨至1#泵，将调速旋钮向快处慢慢调整，观察左导盘是否转动。

(4)如左导盘转动， PLC直接给定一个电压值，如反馈回来的电流值不稳定的话，导致电机调停，则说明测速机坏。

(5)如左导盘不转动，重点检查卸荷阀110V是否输出，液压人员重点检查主泵伺服阀旁卸荷阀是否得电。

(6)在开关处于1#泵的位置时，将调速旋钮由0慢慢往大调，并观察左放大板上电流表的数值，如电流表的数值变大后又返回，则伺服阀可排除，相反则说明伺服阀坏，更换伺服阀。

(7)给定一个电压值，例如5V，则电位器反馈回来一个信号也应该为5V左右（有一定误差），则通过放大器后输出一个稳定的电流值，此时伺服阀通过短暂调整后为稳定状态，若伺服阀一直处于不停的调整状态的话，则说明电位器反馈回来值误差太大，可得出电位器坏。