貴港船閘閘門啟閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

1、<p>　　貴港船閘閘門啟閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析</p><p>　　摘 要：本文淺析貴港船閘閘門啟閉機(jī)布置、啟閉力矩計(jì)算和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：船閘 啟閉系統(tǒng) 內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置 </p><p><b>　　1.前言 </b></p><p>　　船閘閘門啟閉系統(tǒng)是確保船閘正常運(yùn)行，保證水

2、道暢通的關(guān)鍵。與泄洪系統(tǒng)和引水發(fā)電系統(tǒng)相比，通航船閘的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)有如下特點(diǎn)：運(yùn)行頻繁，啟閉速度相對(duì)較大，設(shè)備故障率少，運(yùn)行可靠，以滿足航運(yùn)船舶頻繁過閘的需要。 </p><p>　　2 . 1 . 2啟閉機(jī)平面布置 </p><p>　　由于人字門阻力矩最大峰值產(chǎn)生在開門開始和關(guān)門結(jié)束兩處，并且在開門開始時(shí)，啟閉機(jī)的傳動(dòng)角最小，所以油缸支承中心的布置，首先要滿足在開門開始時(shí)，啟閉機(jī)的能力矩

3、要大于啟閉阻力矩；且考慮活塞行程盡可能短，啟閉力及油壓適中，油缸擺動(dòng)較小等特點(diǎn)和要求及與水工結(jié)構(gòu)的關(guān)系，采用了如圖1所示的布置方案。 </p><p>　　2 . 1 . 3啟閉機(jī)啟閉能力 </p><p>　　根據(jù)圖1所示的啟閉機(jī)布置，當(dāng)油缸最大推力為1320 kN時(shí)，啟閉機(jī)的最小能力矩為4152.72 kN.m， 啟閉機(jī)的啟閉能力見表1。啟閉機(jī)啟閉能力矩及活塞桿軸力見圖2。 </

4、p><p>　　2 . 1 . 4啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù) </p><p>　　油缸設(shè)計(jì)工作壓力為17.0 Mpa，油缸內(nèi)徑420mm，外徑490mm，活塞直徑240mm，活塞桿噴鍍陶瓷，活塞桿設(shè)內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置。 </p><p>　　關(guān)門平均速度：19.2 mm/s關(guān)門平均流量：59.6 l/min </p><p>　　最大關(guān)門壓力：12

5、Mpa （背壓2.5Mpa） </p><p>　　開門平均速度：28.5 mm/s </p><p>　　開門平均流量：159.5 l/min </p><p>　　最大開門壓力：15.4 Mpa （背壓1.2Mpa） 2 . 1 . 5人字門啟閉過程采用的啟閉模式 </p><p>　　2 . 2充泄水閥門啟閉機(jī) </p>

6、<p>　　2 . 2 . 1設(shè)計(jì)參數(shù) </p><p>　　閥門自重 （包括吊重）：10.4 t </p><p>　　啟閉力（已考慮富裕系數(shù)K=1.2）：850 kN </p><p>　　開門總時(shí)間：6.0 ～8.0 min </p><p>　　關(guān)門總時(shí)間：2.0min </p><p>　　活塞有效

7、工作行程：4000mm </p><p>　　2 . 2 . 2啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù) </p><p>　　油缸設(shè)計(jì)工作壓力為17.0 Mpa，油缸內(nèi)徑320mm，外徑490mm，活塞直徑160mm。 </p><p>　　關(guān)門平均速度：33.3mm/s </p><p>　　關(guān)門平均流量：1601/min </p><p

8、>　　最大關(guān)門壓力：2.0 Mpa </p><p>　　開門平均速度：11.1 mm/s </p><p>　　開門平均流量：40.2 l/min </p><p>　　最大開門壓力：14.0 Mpa </p><p>　　2 . 2 . 3充泄閥門的啟閉過程采用的啟閉模式 </p><p><b>

9、　　3.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　3 . 1泵站設(shè)計(jì) </p><p>　　為便于加工制造、維護(hù)管理，船閘上、下閘首分別采用相同的啟閉機(jī)和液壓系統(tǒng)。全閘上、下閘首左、右兩側(cè)共設(shè)四個(gè)泵站。每個(gè)泵站選用二臺(tái)變量柱塞泵，互為備用。油泵驅(qū)動(dòng)電功率55kW，轉(zhuǎn)速1450rpm. </p><p>　　3 . 2系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p>&

10、lt;p>　　液壓系統(tǒng)控制由五部分組成，分別控制系統(tǒng)壓力與系統(tǒng)卸荷回路、人字門啟閉機(jī)回路和充泄水閥門啟閉機(jī)回路。系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)壓力傳感器和四個(gè)壓力繼電器，用于主系統(tǒng)和人字門啟閉機(jī)及充泄水閥門啟閉機(jī)開啟或關(guān)閉壓力超載報(bào)警。系統(tǒng)壓力管路、回油管路，油箱油液過高或過低及油溫超限均設(shè)報(bào)警裝置。 </p><p>　　3 . 3系統(tǒng)工作原理 </p><p>　　3 . 3 . 1運(yùn)行程序 &l

11、t;/p><p>　　人字門和充泄閥門的啟閉過程均采用 變速慢開啟（關(guān)閉）—?jiǎng)蛩倏扉_啟（關(guān)閉）—變速慢開啟（關(guān)閉）的啟閉方式，即閘（閥）門開啟或關(guān)閉的開始速度由零逐漸升到一定速度后勻速運(yùn)行到預(yù)定位置后再減速運(yùn)行至終點(diǎn)，到終點(diǎn)時(shí)速度減至零，這樣的啟閉方式使人字門啟閉平緩，無(wú)沖擊現(xiàn)象。液壓系統(tǒng)原理圖見（圖7）。 </p><p>　　3 . 3 . 2工作原理 </p><p&

12、gt;　?、儆捅每蛰d啟動(dòng)：電機(jī)啟動(dòng)，YV0失電，油泵維持小流量空載運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)卸荷。 </p><p>　?、谌俗珠T關(guān)閉：慢關(guān)閉-快關(guān)閉-慢關(guān)閉-水位差合攏。慢關(guān)閉：電磁鐵YV0 YV1 YV6同時(shí)得電，此時(shí)油泵流量在慢速區(qū)間由零增至100%，系統(tǒng)壓力油經(jīng)插裝閥進(jìn)入人字門油缸無(wú)桿腔，有桿腔油經(jīng)插裝閥、回油單向閥及回油濾清器流回油箱。無(wú)桿腔壓由P1設(shè)定?？礻P(guān)閉：當(dāng)慢速關(guān)門結(jié)束后，人字門油缸行程傳感器或時(shí)間設(shè)定發(fā)出訊號(hào)

13、，YV0 YV1 YV8得電，油泵為100%供油，人字門處于快速關(guān)閉，回油經(jīng)插裝閥流回油箱，當(dāng)快速關(guān)閉至設(shè)定位置時(shí)轉(zhuǎn)為慢速關(guān)門YV0 YV1 YV6得電，YV8失電，油泵流量由100%減至零結(jié)束。 </p><p>　　水位差合攏：當(dāng)慢速關(guān)門結(jié)束觸動(dòng)行程開XK1，電機(jī)及YV0 YV1失電，僅YV6得電，使有桿腔回油有2.5Mpa，閘室沖水過程中，未完全關(guān)閉到位的人字門受前后水壓差的作用，當(dāng)此作用力引起有桿腔的壓力

14、大于P6設(shè)定值時(shí)，有桿腔的油經(jīng)插裝閥流回油箱。無(wú)桿腔通過單向閥從油箱自吸補(bǔ)油。至人字門完全關(guān)閉，行程開頭XK5發(fā)訊，YV6失電，關(guān)門結(jié)束。 </p><p>　?、廴俗珠T開啟：水位差自行開啟-慢開啟-快開啟-慢開啟水位差自行開啟：當(dāng)充水（或泄水）結(jié)束，出現(xiàn)超灌（或超泄）時(shí)，YV5得電，油泵空載起動(dòng)，無(wú)桿腔設(shè)定背壓P5=1.2Mpa，超灌（或超泄）引起的壓力大于背壓時(shí)，人字門自行開啟，有桿腔從油箱自行補(bǔ)油，當(dāng)開啟觸

15、動(dòng)XK1開關(guān)，轉(zhuǎn)為慢開啟-快開啟-慢開啟。 </p><p>　　電磁鐵YV0 YV2 YV5同時(shí)得電，此時(shí)油泵流量在慢速區(qū)間由零增至100%，系統(tǒng)壓力油經(jīng)插裝閥進(jìn)入人字門油缸有桿腔，無(wú)桿腔油經(jīng)插裝閥（設(shè)定背壓1.2Mpa，P5）、回油單向閥及回油濾清器流回油箱。無(wú)桿腔壓由P2設(shè)定。當(dāng)慢速開門結(jié)束后，人字門油缸行程傳感器或時(shí)間設(shè)定發(fā)出訊號(hào)，YV0 YV2 YV7得電，YV5失電，油泵為100%供油，人字門處于快速

16、開啟，回油經(jīng)插裝閥流回油箱，當(dāng)快速開啟至設(shè)定位置時(shí)轉(zhuǎn)為慢速開啟YV0 YV2 YV5得電，YV7失電，油泵流量由100%減至零，觸動(dòng)行程XK2，YV0 YV2 YV5失電，開關(guān)結(jié)束。 　　3 . 3 . 3充泄水閥門啟閉機(jī)運(yùn)行程序 </p><p>　　充泄水閥門關(guān)閉：慢關(guān)閉-快關(guān)閉-慢關(guān)閉。慢關(guān)閉：電磁鐵YV0 YV4 YV9得電，此時(shí)油泵流量在慢速區(qū)間（行程傳感器或時(shí)間設(shè)定）由零增至100%，系統(tǒng)壓力油經(jīng)插

17、裝閥進(jìn)入充泄水閥門油缸無(wú)桿腔，有桿腔油經(jīng)插裝閥、回油單向閥及回油濾清器流回油箱。無(wú)桿腔壓由P4設(shè)定。快關(guān)閉：當(dāng)慢速關(guān)門結(jié)束后，油泵為100%供油，從而成為快速關(guān)閉，電磁鐵動(dòng)作不變，快速關(guān)閉到位后，行程傳感器或時(shí)間設(shè)定發(fā)出訊號(hào)，轉(zhuǎn)為慢速關(guān)閉，電磁鐵動(dòng)作不變，油泵流量由100%減至零，觸動(dòng)行程XK3，YV0 YV4 YV9失電，開關(guān)結(jié)束。 </p><p>　　充泄水閥門開啟：慢開啟-快開啟-慢開啟。慢開啟：電磁鐵Y

18、V0 YV3 YV10得電，此時(shí)油泵流量在慢速區(qū)間由零增至24%，系統(tǒng)壓力油經(jīng)插裝閥進(jìn)入充泄水閥門油缸有桿腔，無(wú)桿腔油經(jīng)插裝閥流回油箱。有桿腔壓由P3設(shè)定。快開啟：當(dāng)慢速關(guān)門結(jié)束后，油泵為24%供油，從而成為快速開啟，電磁鐵動(dòng)作不變，快速開啟到位后，行程傳感器或時(shí)間設(shè)定發(fā)出訊號(hào)，轉(zhuǎn)為慢速開啟，電磁鐵動(dòng)作不變，油泵流量由24%減至零，觸動(dòng)行程XK4，YV0 YV5 YV10失電，開關(guān)結(jié)束。 </p><p>　　4

19、.主要經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)創(chuàng)新 </p><p>　?、偃俗珠T和充泄閥門的啟閉過程均采用變速慢開啟的啟閉方式，改變以往啟閉過程采用定速啟閉的工作模式，減少人字門和充泄閥門在啟閉過程對(duì)液壓缸和液壓系統(tǒng)的沖擊。 </p><p>　?、谝簤嚎刂葡到y(tǒng)集成化，采用內(nèi)阻小、泄漏小、工作可靠的插裝閥。整個(gè)系統(tǒng)配置靈活，外觀整齊，維護(hù)保養(yǎng)容易；標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和集成化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 </p><

20、p>　?、垡簤焊谆钊麠U是液壓缸的重要部件，液壓缸活塞桿在使用中會(huì)遭受磨粒沖刷，極易產(chǎn)生磨損。為提高活塞桿表面的耐磨性能，達(dá)到延長(zhǎng)活塞桿使用壽命的效果，人字門啟閉采用國(guó)外進(jìn)口油缸，大大提高油缸使用壽命； </p><p>　?、芴沾苫钊麠U設(shè)內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置，精確檢測(cè)活塞桿行程。其基體的檢測(cè)段上等間距地設(shè)置有寬度與間距相等的溝槽，能精確檢測(cè)人字門的開度，檢測(cè)精度達(dá)到1mm。 </p><p

21、>　　貴港船閘啟閉系統(tǒng)遵循“安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、外型美觀、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過多項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)的考核和運(yùn)行，表明船閘啟閉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的、先進(jìn)的，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，主要設(shè)備采用了世界目前先進(jìn)技術(shù)。變速慢開啟是一種可行的、較好運(yùn)行模式，避免啟閉機(jī)和液壓系統(tǒng)在閘門全開和關(guān)終位置受沖擊。貴港船閘啟閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似項(xiàng)目有一定參考意義。 </p><p><b>