大型轧机AGC液压缸信号分析方法研究①

2020-12-09郭小玲杨敏邓江洪张小勇鲁腊福

冶金设备 2020年1期

郭小玲杨敏邓江洪，张小勇鲁腊福

(1：韶关液压件厂有限公司广东韶关512029；2：武汉科技大学机械自动化学院湖北武汉430081)

1 前言

在轧机液压系统中，其AGC缸是其主要的执行元件，由于大型轧机AGC液压缸承受载荷大、行程短、频率高、在现代轧制设备中使用的越来越多，但是由于其工作环境恶劣、工作载荷变化频繁，对执行元件影响大，至使AGC缸时常发生故障[1-3]。AGC缸的性能直接影响轧制质量[4]。一旦其AGC缸发生故障，不仅影响轧制的质量，同时也会影响轧机系统的其他部件。因此，开展AGC液压缸故障诊断，确保其轧机的正常工作是十分有意义的[5]。

本文以分析AGC液压缸泄漏故障为研究对象，通过分析其液压缸的阀芯开口度、无杆腔压力、AGC缸位移、轧制力等参数。通过仿真调整泄漏量参数来观察其无杆腔压力信号的变化。为设计研究其AGC液压缸的提供理论依据[6]。

2 轧机AGC液压缸建模与特征值建立

2.1 轧机AGC液压缸数据采集和模型的建立

AGC液压缸有关信号数据采集工作对获取AGC液压缸的相关特性，了解AGC缸工作状态有重要意义。大型轧机AGC液压缸是重型设备，系统压力可达35MPa，大型AGC液压缸相关信号采集与普通液压缸不尽相同。为获取AGC液压缸的真实参数并进行量化，保障AGC缸工作可靠性，对轧机AGC液压缸一般采集以下性能指标数据：伺服阀阀芯开口度、有杆腔无杆腔压力、AGC缸位移、轧制力。为此建立如图模型对其相关性能进行采集。

轧机AGC液压缸传感器安装示意图如图1所示。通过相关的传感器，来测量相关的性能参数。

图1 轧机AGC液压缸传感器安装示意图

2.2 轧机AGC液压缸相关信号的提取

在现代研究领域信号特征提取通用性好的是时域数字特征，既能用于平稳信号也能用于非平稳信号等。本文主要研究基于时域数字特征的特征提取方法。目前，对时域特征提取方法的研究主要是基于时域信号的各种定量描述。

2.3 时域数字特征的建立

(1)均方根值

均方根和均方根值用于描述信号的能量，信号的均方根值定义为：

(1)

(2)方差

(2)

φx无量纲,为该组平均值

(3)波形指标

(3)

Sf无量纲，μx为信号的平均。

(4)峰值指标Cf

(4)

Cf无量纲，max(x(t))为信号值，Ψχ(t)为均根。

(5)峭度指标K

(5)

K无量纲。

(6)脉冲指标I

(6)

3 测试数值的采集

3.1 AGC液压缸性能参数的采集

结合图1传感器安装示意图，以某钢厂为例，在大型轧机伺服压下液压缸的有杆腔和无杆腔油路分别设置压力传感器，采用HYDAC压力传感器来测量AGC缸压力信号。在压下缸的活塞上装有SONYHA-705-LK907位移传感器，测量缸体与活塞杆的相对位移信号。在AGC液压缸与轧辊轴承座之间设置力传感器，KELE矩形压头安装在支撑辊下方来测量AGC液压缸轧制力。其结果如图2所示。

图2 AGC缸位移曲线

图2为6次轧制过程中的AGC缸位移曲线，AGC缸向下位移调整辊缝，控制板带轧制厚度。图3为轧机轧制力曲线，通过AGC缸为轧机轧制生产提供轧制力。图4为伺服阀开口度曲线，伺服阀与轧机的AGC缸无杆腔连接，从而控制AGC缸无杆腔压力。图5为无杆腔压力曲线，在咬钢和抛钢过程中，系统振动导致无杆腔压力产生较大波动。上述信号的采集分析为轧机AGC液压缸内泄漏故障诊断的特征提取奠定基础。

图3 轧机轧制力曲线

图4 伺服阀开口度曲线

图5 AGC缸无杆腔压力曲线

4 AGC缸内泄漏故障模拟

4.1 不同泄漏量状态下的模拟

AGC液压缸由于密封件或缸筒内表面的磨损，造成内部泄漏，严重时，AGC缸不能工作，影响生产，所以对内泄漏必须高度重视。

对AGC缸内泄漏故障进行模拟，分别得到正常状态与故障状态下的AGC缸轧制数据，正常数据与故障数据的结合提高了样本的多样性，可增加诊断网络的泛化能力。本文以对AGC缸无杆腔压力信号分析为例。三种状态下的压力曲线见图6、图7、图8。

图6 正常状态下无杆腔压力信号

图7 轻微泄漏状态下无杆腔压力信号

图8 严重泄漏状态下无杆腔压力信号

4.2 结果分析与讨论

图6—8，分别为AGC缸正常工作、轻微泄漏、严重泄漏三种状态下的AGC缸无杆腔压力曲线图。其中图7、图8通过在仿真模型中调整内泄漏参数获得。从图中可看出，随着泄漏量增大，AGC缸无杆腔到达150bar的时间逐渐增加，分别是38.5s、46.7s、52.5s，系统响应变慢。三种状态下，无杆腔压力的标准差分别为770.421、824.467、970.550，AGC缸无杆腔的压力值随内泄漏故障程度增加，离散程度也逐渐增加。由于AGC系统为闭环系统，系统不断在自动调节，在流量给定足够的情况下，系统均能满足工作压力，且基本保持不变，所以AGC缸无杆腔压力的趋势基本相近。当流量供给达到限制，无杆腔压力的幅值才会随着泄漏程度的增加而减小。