摘要 : 对比介绍了卷扬式 及液压式启闭机 , 以某典型双吊点闸门液压启闭 机系统为例 , 分析了其液 压控制回路 的工作 原理、系统组成及结构特性 , 并对液压 系统提出了几点改进措施 , 使其设计更安全可靠。 关键词 : 闸门 ; 液压启闭机 ; 液压系统 ; 同步性 中图分类号 : T P271 31 文献标识码 : B 文章编号 : 1001- 3881 ( 2008) 5- 096- 3

  1 液压回路系统工作原理 图 1为某双吊点闸门液压启闭机系统原理图。要 求该液压启闭机在闸门负载变化大、定位精度高、启

  2 液压系统的特性分析 ( 1 ) 在泵 站设 计和 选用 时, 为 防止 电机 或 油泵 故障, 一般都会采用每个泵站增设一台备用电机泵组, 与 工作油泵电机互为备用。一旦其中的一组油泵电机出 现故障, 备用油泵电机组随即工作, 以满足可靠运行 的要求。 本系统两只液压缸的进排油管采用对称布置, 设 两套泵组 (油 泵 19 与 电机 13) , 两路 独立 电源 互为 备用, 可选择或自动轮换工作, 系统压力发生故障时 自动换泵。

  闭行程长等情况下具有运行平稳、同步性能优异、安 全锁定可靠、系统泄漏小等优点。 液压系统工作原 理: 开启闸 门时启 动油泵, 4DT 通电, 压力油经过吸油过滤、压力和流量控制阀组及 管路进入布置在闸门两侧的油缸下腔, 推动活塞杆上 升, 使闸门提起; 同时油缸上腔的油经回油过滤及管 路回到油箱中。关闭闸门时启动油泵, 3DT 通电, 压 力油打开油缸下腔管路联接的阀件, 使油缸下腔油通 过管路进 入 油缸 上腔, 同时 压力 油 经油 箱向 上 腔补 油, 使闸门关闭。在闸门开启和关闭过程中, 两侧油 缸动作必须同步, 使闸门顺利启闭。 系统工作时, 实时采集并比较与液压缸相连的位 移传感器数值, 加上 D /A、 A /D、放大等元 件以及位 置控制器的设计可实现计算机自动控制, 消除位移误 差, 最终达到双缸同步运动。

  采 用伺服阀 为控制 元件 的伺 服同 步 回路, 但是 伺 服 阀 不但成本 高, 对 油液 的清 洁度 要 求也 很高 。而 电 液比 例阀具 有廉价 、对 油质 要求 低 的优 点, 其 性 能 能 够满足大 部分控 制要 求, 并 且 易于 实现 计算 机 控 制 等优点。 为此, 用三位四通比例阀旁通纠偏回路, 实现放 油、补油或 补放 式 闭环 回路, 能实 现 较好 的 同步 控 制。这种方式特别适用于高压、大流量、运动速度较 高的场和, 响应速度可以进一步提高, 系统特性得到 改善, 同步精度也较高, 增大了系统的安全系数, 对 整个系统的安全非常有益。 ( 2 ) 系统运行 过 程中, 压力 不 断变 化, 随着 调 压泵组的反复使用, 溢流阀 23 和电磁换向阀 24 很容 易损坏, 一旦压力控制回路发生故障整个液压系统无 法运行, 将会导致闸门无法正常启闭。为了系统安全 起见, 调压回路应设置两套, 互为备用。 ( 3) 如果控制油路无法打开液控单向阀 3, 油缸 下降过程将无法实现。可将一个手动阀并联在液控单 向阀上, 一旦关闭过程闸门卡住可手动开启这个应急 通道, 使液控单向阀短路, 回油可通过手动阀所在油 路, 不会对系统造成威胁。 ( 4 ) 吸油滤油器 18只 设了一 套装 置, 一旦 报警 后维修更换会费时耗力, 对总系统的运行产生较大 影响, 应设置成两套对称备用装置, 便于及时检修。 回油滤油 器 21 中 两个 精 滤油 器 始终 同 时使 用, 一旦其中之一或二者同时报警, 按时换时必须将整 套拆下, 没有压力处理装置。能加上一个手动换向 阀, 其中一 个滤 油 装置 处于 使用 状 态, 另 外 一个 备 用, 这样既能保证系统仍正常运行, 又能随时更换。 ( 5 ) 为满足 安 装、检 修工 况 需要, 系 统在 阀 组与泵组、阀组与油箱、阀组与液压缸之间以及软管 两端应设有手动截止阀, 用于部分管路的截止, 以便 调试时可灵活地操作。 ( 6) 液压阀组应采用技术 先进而 且成熟的 产品, 对于大容量启闭机, 应优先采用插装阀组。选用二通 插装阀集成控制块组件, 可有效解决液压系统外泄和 系统内泄问题。 二通插装阀是采用先导控制, 座阀结构主级和插 装式连接的新型液压控制元件, 已大范围的应用于各种工 业液压系 统的 集 成控 制中。 通过 插装 件和 盖 板的 组 合, 可以得 到流 向、流 量和 压 力方 面 的复 合 控制 功 能。在小型启闭机中, 选用滑阀亦有着非常明显优势, 特 别是在阀组故障排除方面, 易于判断故障阀组, 滑阀 相对而言价格亦较低廉。

  治理江河、城市防洪防涝以及蓄水灌溉、引水发 电等工程不能离开闸门, 而闸门的启闭必须要用专门 的机械装置来实现。启闭机就是水利水电闸门、拦污 栅专用的起重机械, 目前使用的启闭机主要有卷扬式 启闭机和液压式启闭机两大类。 卷扬式启闭机的工作原理是通过卷扬机起吊闸门 上升实 现开 启, 利 用闸 门的 自重 下 降, 实 现 闸门 关 闭。其主体问题在于闸门关闭时, 若闸门的自重不足 以克服各种各样的因素产生的总阻力, 就非常有可能发生闸门被 卡住, 不能正常关闭的情况。由于卷扬机不能产生向 下的推力, 一旦卷扬式启闭机出现以上故障, 一般只 能靠人工方法排除, 非常麻烦且危险。这种方法对于 小型闸门还能够正常的使用, 但对于大型闸门来说, 其后果 是灾难性的。 液压式启闭机既可以产生向上的拉力, 又可以产 生向下的推力, 完全解决了卷扬式启闭机关闭闸门时 容易卡住, 运行不可靠的问题。与体积非常庞大笨重的相 同容量的卷扬式启闭机相比较, 液压式启闭机的自重 轻得多, 而 且水 工 结构 布置 简单, 可 以节 省 大量 投 资, 尤其是当孔口数量较多时此优点更为显著。由于 运行平稳, 系统可方便地实现无级调速, 能自动实现 过载保护, 易于与 计算机 连接, 实 现智能 化控 制等, 液压式启闭机显示出了其明显的优越性。

  油 缸有杆 腔油液经 油路 流 到油 缸无 杆腔 ; 油 缸无 杆 腔 油量 的 不 足 通 过 油 箱 高 位 单 向 阀 26 自 动 补 充。 活 塞杆下 移, 闸门 在自重 作用 下 下降 , 实 现 回油 调 速 闭门。 ( 4 ) 闸门 的高 度限 位是由 启闭 机液 压缸 的 行程 所决定, 由液压缸结构本身所实现。当闸门启闭机到 达最大开启位置、关闭位置或启闭机超载时, 若机组 没有停机, 液压系统压力升高, 整个装置处在危险状 态。 在压力控 制回 路中 设有 溢流 阀 23, 用来 限 制启 门力, 电磁换向阀 24 实现启 闭门 时系统 最高压 力的 转换, 当系统压力升高到超过溢流阀调定压力时, 溢 流阀打开令系统溢油, 起到了过载保护的作用。 ( 5 ) 油缸 是 液 压启 闭 机 驱 动闸 门 的 执行 机 构, 由于闸门一般均要求在任意位置能停止以维持特定的 开度, 这就要求油缸有良好的锁紧功能, 常用的液压 系统在现有的液压回路中采用锁紧回路。 油缸内漏油或阀组油管漏油会导致油缸内油压降 低过快, 随着系统反复运行, 会引起闸门自动回落速 度过快, 系统实现保压较之一般更加困难, 仅靠更换 油封组合圈、密封圈及过滤液压油并不能解决, 为达 到保压指 标, 所 有与 保 压相 关的 元 件应 采用 球 式座 阀。 将高压球阀 2安装在油缸下腔进油路管道上, 平 时保持开启状态, 一旦其它元件出现一些明显的异常问题, 尤其是运 行中油缸阀组需要检修或更换时, 及时关闭球阀通道 就能够直接进行处理, 不会影响闸门工作状态。 ( 6 ) 在系 统保 护措 施中, 设定 了上 下腔 的 过压 保护。在启闭闸门时, 若液压系统工作所承受的压力超过设定 的油压, 由压力继电器 11 发讯, 发出声光报警信号, 电源切断使电机停止运行; 工作时, 如果油泵出现故 障使压力过低, 由压 力继 电器 12 发讯, 发 出声 光报 警信号, 备用泵组将自动切换启动。 当油箱液位过高或偏低时, 系统将由液位控制器 16 发出讯号, 液 位太 低时, 系 统将 立即 停止 工 作以 保护油泵, 应及时进行检修。当滤油器堵塞时, 系统 将由回油滤油器 21中 RS1 或 RS2 发出讯 号, 以提醒 管理人员对相应滤油器来更换或清洗。当油温控制 器 25发讯时, 表明油箱 温度 过高 或过 低, 发出 声光 报警信号, 应及时停泵检修。

  ( 2 ) 系统通过单向节流阀 6、单向调速 阀 7 分别 控制左右两个油缸 1的活塞上升和下降过程, 使两个 油缸实现双向基本同步 (粗 调同步 )。同 步控制 阀组 中, 用两个二位四通电磁换向阀 5 对油缸进行位置同 步控制, 实现放油式闭环同步控制 (精调同步 ) 。 在闸门启 闭 过程 中, 闸 门 开度 及 行程 检 测装 置 27全程连续 检测 两支 油缸 的行 程偏 差, 当偏 差大 于 一定数值时, 电 磁铁 5DT 或 6DT 通 电, 将速 度快 的 油缸进油 放掉 一 部分, 使 进 入油 缸油 量减 小 达到 同 步; 如果两支油缸的行程偏差达到规定数值时, 液压 系统自动停机并发出报警信号。 ( 3 ) 启门时, 空载启 动油 泵电机 组, 延时 5 s左 右, 电磁换 向阀 8 左 位 4DT 及 电 磁 换向 阀 24 右 位 2DT 通电, 压力油经油路到左右油缸有杆腔; 油缸无 杆腔回油经单 向阀 22流 回油 箱。活塞 杆上移, 闸门 抬升, 实现进油调速启门。 闭 门时, 空 载启 动 油 泵电 机 组, 延 时 5 s 左右 , 电 磁换向 阀 8 右 位 3DT 及 电 磁 换 向 阀 24 左 位 1DT 通 电, 压 力 油打 开 油 缸 锁 定 阀 组 的 液 控 单 向 阀 3,

  3 液压系统改进 ( 1 ) 系统 虽然 配置 了单向 节流 阀和 单向 调 速阀 对两只油缸的速度来控制, 但节流阀和调速阀自身 不具有自动平衡功能。同步精度受阀性能和油温变化 影响较大, 两支路很难调整并保持同流量, 从系统安 全性出发, 同步性能不理想。 在 典型的 几种液 压同 步 回路 中, 精度 最 高的 是