液壓啟閉機(jī)原理結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用選擇探討

陳爭軍

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 概況

液壓啟閉機(jī)作為水工閘門的啟閉設(shè)備已在很多大中型灌區(qū)水利設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。如從上世紀(jì)九十年代開始，在陜西涇惠渠灌區(qū)改造中由灌區(qū)所屬機(jī)械廠設(shè)計(jì)制作，相繼把渠首樞紐底孔排沙閘、總干2#排沙閘、山西莊分水閘、楊府分水閘、西郊水庫聯(lián)合閘等十多處分、配水閘點(diǎn)的螺桿式啟閉機(jī)更換成液壓啟閉機(jī)，并在2005年和2006年灌區(qū)信息化建設(shè)中，對各閘點(diǎn)液壓啟閉機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，經(jīng)過技術(shù)改造后的液壓啟閉機(jī)不僅運(yùn)行更安全可靠而且實(shí)現(xiàn)了水量調(diào)度、控制遠(yuǎn)程化，使之滿足了現(xiàn)代水利工程管理的需要,液壓啟閉機(jī)作為水利工程閘門的啟閉設(shè)備以其環(huán)保、節(jié)能、操作維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)已在涇惠渠灌區(qū)分、配水設(shè)施上得到廣泛應(yīng)用。

2 液壓啟閉機(jī)原理結(jié)構(gòu)分析

液壓啟閉機(jī)是以液壓油作為介質(zhì)來傳遞動能，通過活塞和液壓缸的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)閘門的開啟和閉合，一臺液壓啟閉機(jī)一般由控制系統(tǒng)（液壓操作系統(tǒng)和電器操作系統(tǒng)）和液壓缸組成，液壓缸內(nèi)活塞體和液壓缸的相對直線往復(fù)運(yùn)動帶動連接在活塞桿上的閘門作直線（或弧線）運(yùn)動，從而達(dá)到閘門開啟和關(guān)閉的目的。

2.1 液壓啟閉機(jī)以液壓油作為介質(zhì)既傳遞動能同時也是各運(yùn)動部件之間的潤滑介質(zhì)

機(jī)械零部件之間運(yùn)動必須有潤滑，潤滑充分,零部件之間的磨損就會減小，相應(yīng)嚙合噪音小，能量損失小，零件之間相對運(yùn)動就會平穩(wěn)，設(shè)備的使用壽命就會延長，液壓啟閉機(jī)以液壓油作為介質(zhì)在密封空間反復(fù)循環(huán)既傳遞動能同時也是各運(yùn)動部件之間的潤滑劑，所以液壓啟閉機(jī)相對螺桿式啟閉機(jī)和卷揚(yáng)式啟閉機(jī)在潤滑方面更為充分，各運(yùn)動部件之間的磨損以及能量損耗更小。

2.2 液壓啟閉機(jī)的啟、閉動作通過相對獨(dú)立的部件來執(zhí)行

液壓啟閉機(jī)啟、閉閘門通過它另外一個相對獨(dú)立的部件——液壓缸來完成，當(dāng)液壓油通過液壓系統(tǒng)傳輸?shù)揭簤焊缀?，又通過活塞（桿）將壓力傳遞到閘門上，用活塞受力面積的大小和相應(yīng)的油缸直徑來確定啟閉噸位，通過活塞和缸體的相對軸線運(yùn)動來帶動閘門完成開啟和閉合。這種原理和結(jié)構(gòu)要比螺桿式啟閉機(jī)通過變速箱改變扭矩、通過絲母和絲桿的相對旋轉(zhuǎn)，帶動絲杠延軸線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)閘門的啟閉要簡單。液壓啟閉機(jī)運(yùn)動簡單也便于操作，所以故障率就低，后期的維修、養(yǎng)護(hù)也相對方便。

2.3 液壓啟閉機(jī)工況控制系統(tǒng)制作過程相對復(fù)雜，但原理和結(jié)構(gòu)科學(xué)簡單

液壓啟閉機(jī)的工作狀況由控制系統(tǒng)來完成：控制系統(tǒng)包括液壓控制系統(tǒng)（液壓泵站）和電器操作系統(tǒng)（配電柜）兩大部分組成；

（1）液壓控制系統(tǒng)一般由：電動機(jī)、液壓泵、手壓泵、換向閥、溢流閥、調(diào)速閥、集成閥、同步閥、單向閥、液控單向閥以及輔助裝置（如：油箱、油管、管接頭、壓力表、濾油器、散熱器、壓力補(bǔ)償器）等這些基本液壓元件組成，簡稱液壓泵站。根據(jù)液壓元件性能和功能的不同，所組成的液壓泵站就會實(shí)現(xiàn)不同的控制功能和控制效果，有人工操作、半人工操作和全自動遠(yuǎn)程控制。這些液壓元件在功能實(shí)現(xiàn)上有一個共同點(diǎn)：通過小流量、微電流、小能量、小元件控制大元件實(shí)現(xiàn)大流量、大能量的改變和轉(zhuǎn)換，起到四兩撥千斤的效果，這些液壓元件目前已全部實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、相關(guān)元件集成化，維修和更換簡單，很方便于液壓泵站的功能升級。

（2）電氣操作系統(tǒng)（配電柜），這和螺桿式啟閉機(jī)、卷揚(yáng)式啟閉機(jī)相同,是操作人員直接進(jìn)行控制、操縱啟閉機(jī)的平臺，但是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要比螺桿式啟閉機(jī)、卷揚(yáng)式啟閉機(jī)相對復(fù)雜，它不僅要控制主電動元件——電動機(jī)，還要控制各液壓元件的電磁部分（如：電磁換向閥、電磁溢流調(diào)壓閥、電磁節(jié)流調(diào)速閥等），來實(shí)現(xiàn)這些閥件的電動控制功能。

（3）液壓啟閉機(jī)的控制系統(tǒng)相對其它形式的啟閉機(jī)要復(fù)雜些，但是這些控制作用的實(shí)現(xiàn)都是通過已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)件的控制元件來實(shí)現(xiàn)的，這些元件可組合可分開，相互之間可用電線、及油管連接，和其它形式的機(jī)械傳動相比能量的傳輸不受空間約束，而且很方便的實(shí)現(xiàn)一個泵站控制多個油缸（閘門），這種一站多缸及遠(yuǎn)距液控的結(jié)構(gòu)既節(jié)省動力資源又便于操作控制。

（4）隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和成熟，液壓閥件已發(fā)展成模塊化、智能化，其電氣接口、動力接口、機(jī)械接口已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，靠手動調(diào)節(jié)旋鈕改變壓力和流速的溢流閥和調(diào)速閥現(xiàn)已被電磁換向閥、電磁溢流調(diào)壓閥、電磁節(jié)流調(diào)速閥替代，實(shí)現(xiàn)了自動控制或遠(yuǎn)程調(diào)控。

3 液壓啟閉機(jī)的應(yīng)用選擇

水利設(shè)施在設(shè)計(jì)和建設(shè)時都是根據(jù)地形地貌，因地制宜的進(jìn)行選址、建設(shè)，這就給配套的啟閉設(shè)施設(shè)計(jì)和選擇帶來諸多不便，隨著對水利工程管理要求的提高，液壓啟閉機(jī)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代水利設(shè)施中，它在應(yīng)用選擇時應(yīng)從一下幾個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇：

3.1 有環(huán)保、節(jié)能要求設(shè)施的應(yīng)用選擇

靠近水源就必須遠(yuǎn)離污染，農(nóng)業(yè)灌溉還是人畜飲水工程設(shè)施都必須以環(huán)保為前提。液壓啟閉機(jī)密封性能好、環(huán)保、節(jié)能，設(shè)備在運(yùn)行過程中避免了潤滑油脂與水源的接觸。所以，在涇惠渠灌區(qū)、寶雞峽灌區(qū)許多樞紐閘點(diǎn)以及銅川新區(qū)供水的豹村水庫、寶雞市供水的馮家山水庫、西安市灃惠渠渠首進(jìn)、排水閘等在最初設(shè)計(jì)和后期改造時都選擇使用了液壓啟閉機(jī)。

3.2 要求操作、養(yǎng)護(hù)、維修方便的設(shè)施的應(yīng)用選擇

水利設(shè)施普遍存在著無專人看管、無專業(yè)人員操作、養(yǎng)護(hù)，無專業(yè)人員維修的情況，這種狀況給設(shè)備的正常使用埋下質(zhì)量隱患，液壓啟閉機(jī)操作簡單、養(yǎng)護(hù)方便、故障率低正適合于農(nóng)業(yè)灌區(qū)及水庫樞紐工程放水閘門運(yùn)行管理，也是目前各灌區(qū)和病險水庫加固工程中啟閉設(shè)施改造時設(shè)計(jì)選擇的首要出發(fā)點(diǎn)。

3.3 要求實(shí)現(xiàn)自動化、遠(yuǎn)程化控制設(shè)施的應(yīng)用選擇

現(xiàn)代水利（水電）工程管理要求水閘運(yùn)行不僅要安全可靠而且便于調(diào)度、控制。2005年涇惠渠灌區(qū)在信息化建設(shè)中，通過在渠首排沙閘、山西莊分水閘、楊府分水閘等閘點(diǎn)的液壓泵站上加裝數(shù)顯裝置以及流量和壓力控制裝置，通過改造使液壓啟閉機(jī)在設(shè)定負(fù)荷和速度下遠(yuǎn)程操控、安全運(yùn)行，避免了由于慣性、過壓、過載損壞設(shè)備和設(shè)施。依據(jù)現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展，對原液壓泵站所用的（手動）溢流閥和（手動）調(diào)速閥更換成電磁溢流閥和電磁調(diào)速閥，經(jīng)過簡單改造后很方便實(shí)現(xiàn)水閘遠(yuǎn)程、自動化安全操控。

3.4 兩孔及多孔閘門、聯(lián)合閘的應(yīng)用選擇

取水樞紐閘門、聯(lián)合閘門多根據(jù)地形布置，閘門的平面布局和運(yùn)行狀況相對復(fù)雜，如采用螺桿式或卷揚(yáng)式啟閉機(jī)就需要多套動力源，不便于操作管理，而液壓啟閉機(jī)的動力傳輸不受空間限制，一個泵站可同時控制多個液壓缸（閘門），并能夠使各液壓缸相對獨(dú)立的完成復(fù)雜的工況。西安灃惠渠渠首樞紐聯(lián)合閘、涇惠渠渠首底孔排沙閘、涇惠渠總干渠2#排沙、節(jié)制閘、山西莊分水閘、北干渠楊府分水閘和寶雞峽孝母分水閘等液壓啟閉機(jī)在設(shè)計(jì)制作上都是采用一站多缸；涇惠灌區(qū)黨家堡抽水站進(jìn)、排水閘為一站三缸并成功實(shí)現(xiàn)兩閘門間距500m的遠(yuǎn)距液壓控制。液壓啟閉機(jī)的應(yīng)用選擇使多孔閘、聯(lián)合閘，許多運(yùn)行狀況相對復(fù)雜的閘點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上變得簡單，在使用操作上變得方便。

4 液壓啟閉機(jī)的應(yīng)用效果

目前涇惠渠灌區(qū)、寶雞峽灌區(qū)（部分）以及西安灃惠渠渠首、馮家山水庫樞紐等已廣泛采用了液壓啟閉機(jī)。液壓啟閉機(jī)替代螺桿式啟閉機(jī)和卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，改變了“兩層油”（行水水面一層油、停水設(shè)備養(yǎng)護(hù)一層油）；解決了“三難”（工人操作難、上級監(jiān)控難、更新改造養(yǎng)護(hù)難）的狀況；在涇惠渠灌區(qū)經(jīng)過對液壓啟閉機(jī)技術(shù)改造，成功實(shí)施了相關(guān)分、配水閘點(diǎn)閘門遠(yuǎn)程控制。為灌區(qū)水量統(tǒng)一調(diào)度、自動控制運(yùn)行改造提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

5 結(jié)語

科技在發(fā)展、社會在進(jìn)步，液壓啟閉機(jī)作為閘門啟閉設(shè)施以其環(huán)保、節(jié)能、操控簡單、更新改造方便、便于實(shí)現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)現(xiàn)代水利工程運(yùn)行管理的需要，將會在水利設(shè)施特別是灌區(qū)建設(shè)中會得到更為廣泛的應(yīng)用。陜西水利