船閘液壓系統(tǒng)的研究

宋建華

【摘 要】液壓系統(tǒng)在船閘領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，船閘的閘閥門啟閉大多采用液壓控制。該文對九圩港船閘的液壓系統(tǒng)進行了研究，了解了液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并對液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行了分析。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)；船閘；結(jié)構(gòu)組成；優(yōu)缺點

0 引言

江蘇省九圩港船閘位于南通市西郊，上連通揚、通呂運河，下接長江，是南通及蘇北地區(qū)連接內(nèi)河與長江的重要交通樞紐。作為沿江口門的繁忙船閘，閘閥門的持續(xù)運行對全所的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。

九圩港船閘共有四臺液壓啟閉機，分別控制四扇閘門和四扇閥門。閘門自重45-55噸，閘門啟閉油缸長4.8米，內(nèi)徑280毫米，水平推動開關(guān)閘門；閥門自重5噸，閥門啟閉油缸長4.2米，內(nèi)徑280毫米，垂直升降開關(guān)閥門。因此必須有一套完整的液壓系統(tǒng)，來完成整項控制工作。

1 液壓系統(tǒng)

1.1 液壓系統(tǒng)的組成

一個完整的液壓系統(tǒng)由液壓傳動系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和液壓油組成。液壓傳動系統(tǒng)，以傳遞動力和運動為主要功能。液壓控制系統(tǒng)，則要使液壓系統(tǒng)輸出滿足特定的性能和要求。

1.2 液壓傳動系統(tǒng)

液壓傳動系統(tǒng)由動力元件和執(zhí)行元件組成。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)化成液體的壓力能，主要指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等。九圩港船閘使用的是電動機帶動柱塞泵提供壓力能。執(zhí)行元件如液壓缸等，是將液體的壓力能，轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負(fù)載直線往復(fù)運動。

1.3 液壓控制系統(tǒng)

1.3.1 液壓控制系統(tǒng)的組成

液壓控制系統(tǒng)有控制元件、輔助原件（附件）組成?？刂圃雀鞣N液壓閥。在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。各類液壓閥雖然形式不同，控制的功能各有所異，但都具有共性。首先，在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都有閥體，閥芯和驅(qū)動閥芯動作的元部件等組成。其次，在工作原理上，所有閥的閥口大小，閥進出油口的壓差以及通過閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式。只是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。壓力閥控制的是壓力，流量閥控制的是流量等。因而，根據(jù)其內(nèi)在的聯(lián)系，外部特征，結(jié)構(gòu)和用途的不同，可將液壓閥按不同的方式進行分類。液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥包括溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、分流集流閥等。方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括油箱、濾油器、加熱器、油管及管接頭、密封圈、高壓球閥、膠管總成、壓力表、油位計、油溫計等。

1.3.2 液壓閥的連接

液壓閥的連接有管式，板式，集成式。由于管式，板式，由于連接方式中存在管路復(fù)雜等一些問題，在生產(chǎn)中發(fā)展了液壓裝置的集成化。集成塊式是集成化中的一種方式，集成塊是一種替代管路把原件連接起來的六面連接體。在連接體內(nèi)，根據(jù)各控制油路設(shè)計加工出所需要的油路通道。閥裝在集成塊的周圍。集成塊的上下面是塊與塊的結(jié)合面，在結(jié)合面上加工有相同位置的壓力油孔、回油孔、泄漏油孔及安裝螺栓孔。有時還有測壓油孔路。集成塊與裝在其周圍的閥類元件，構(gòu)成一個集成塊組?？梢酝瓿梢欢ǖ湫突芈返墓δ?。將幾種所需的集成塊疊加在一起，就可構(gòu)成整個集成塊的液壓傳動系統(tǒng)。集成塊方式不僅結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，而且便于裝卸和維修，并具有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品。但其設(shè)計工作量大，加工工藝復(fù)雜，不能隨意修改系統(tǒng)。

插裝閥又稱為插裝式二位二通閥，在高壓大流量的液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，由于插裝式元件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，將幾個插裝式元件組合一下便可組成復(fù)合閥。它和普通液壓閥相比具有以下優(yōu)點：一是通流能力大，特別適用于大流量的場合；二是閥芯動作靈敏，抗阻塞能力強，三是密封性好，泄露小，油液經(jīng)閥口壓力損失小，四是結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。目前九圩港船閘液壓控制系統(tǒng)就是利用集成塊將插裝閥組合成復(fù)合閥，確實做到閥體功能全面，結(jié)構(gòu)簡單，通流能力大，抗阻塞能力強，泄露小等特點。

1.4 液壓油

液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油和合成型液壓油等幾大類。液壓的品質(zhì)對液壓系統(tǒng)的運行有很大的影響。若液壓油內(nèi)有雜質(zhì)，很容易阻塞管路和設(shè)備，繼而引發(fā)故障。九圩港船閘目前使用的液壓油為LHM46抗磨液壓油，為航天級品質(zhì)液壓油，能夠滿足運行的需要。

2 液壓啟閉機

2.1 液壓啟閉機

液壓啟閉機一般由液壓系統(tǒng)和液壓缸組成。在液壓系統(tǒng)的控制下，液壓缸內(nèi)的活塞體沿內(nèi)壁做軸向往復(fù)運動，從而帶動連接在活塞上的連桿和閘閥門做直線運動，以達到開啟、關(guān)閉的作用。

2.2 液壓缸和密封裝置

液壓缸有單桿和雙桿活塞式液壓缸，目前九圩港船閘使用的液壓缸為單桿活塞式液壓缸，差動式往復(fù)運動來啟閉閘閥門。如果向單桿活塞缸的左右兩腔同時通液壓油，即所謂差動連接，做差動連接的單桿液壓缸稱為差動缸。開始工作時差動缸左右兩腔的油液壓力相同，但由于無桿腔的有效面積大于有桿腔的有效面積，故活塞向無桿腔移動。同時無桿腔中排出的油液也進入無桿腔，加大了流入無桿腔的流量。從而加快了活塞桿的運動速度。差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小，速度比非差動連接時大。正好利用這一點，可使活塞在不加大液壓油的流量的情況下，得到較快的運動速度。當(dāng)液壓缸驅(qū)動的工作部件質(zhì)量較大，移動速度較快時，由于具有的動量大，致使在行程終了時，容易發(fā)生液壓沖擊和噪聲，甚至嚴(yán)重影響工作精度和引起整個系統(tǒng)和元件的損壞，為此在大型和高速或要求較高的液壓缸中，往往要設(shè)置緩沖裝置。盡管液壓缸中的緩沖裝置結(jié)構(gòu)形式很多，但它的工作原理是相同的，即當(dāng)活塞行程到終點接近的缸蓋時。增大液壓缸回油阻力，使回油腔產(chǎn)生足夠大的緩沖力，使活塞減速，從而防止活塞撞擊缸蓋。

液壓缸的密封裝置用來防止油液的泄漏，主要有活塞和活塞桿的Y型動密封及缸蓋處及各閥件的O型靜密封。液壓缸一般不允許外泄和內(nèi)泄。閥門不允許內(nèi)泄（閥門內(nèi)泄會造成閘門無法開啟，電路中有設(shè)置，這里不談），所以密封裝置設(shè)計的好壞，對于液壓的靜、動態(tài)性能有著重要的影響。

3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點

3.1 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點

液壓系統(tǒng)的優(yōu)點有：體積小重量輕；剛度大精度高響應(yīng)快；驅(qū)動力到適合重載直接驅(qū)動；調(diào)節(jié)范圍寬速度控制方式多樣；自潤滑自冷卻和長壽命；易于實現(xiàn)安全保護。

3.3 液壓系統(tǒng)的缺點

液壓系統(tǒng)的缺點有：抗工作液污染能力差；對溫度變化敏感；存在泄漏隱患；制造難、成本高；不適合遠距離傳輸液壓能；有一定的壓力損失、空穴現(xiàn)象、氣濁現(xiàn)象或發(fā)生液壓沖擊。

其中，空穴現(xiàn)象是指，如果液壓系統(tǒng)中滲入空氣，液體中的氣泡隨著液流運動到壓力較高的區(qū)域時，氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂，從而引起局部液壓沖擊。造成噪聲和振動。另外，由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性，降低了油管的通油能力，造成流量和壓力的波動，使液壓元件承受沖擊載荷，影響其使用壽命。

因此，在液壓系統(tǒng)運行過程中，定期的檢查和維護是比不可少的，發(fā)現(xiàn)任何隱患都應(yīng)立即處理，以防系統(tǒng)和設(shè)備的損壞。

4 結(jié)束語

通過了解液壓系統(tǒng)、液壓啟閉機以及液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點，可以認(rèn)為九圩港船閘的液壓系統(tǒng)是比較完善的。但經(jīng)多年使用發(fā)現(xiàn)，其液壓啟閉機的液壓缸緩沖裝置主要部件是液壓系統(tǒng)總溢流閥，它的系統(tǒng)工作壓力大，雖然能起到一定的緩沖起到一定作用，但沖擊壓力仍然達到工作壓力的2-3倍。為更好的降低液壓沖擊，船閘技術(shù)人員通過電路部分控制，用變頻器在剛啟動和快要到位時，降低電動機速度，使油泵供油減少，從而降低活塞桿速度，降低了緩沖壓力。此類利用電路補充液壓系統(tǒng)不足的研究，會成為一個新的熱點。

【參考文獻】

[1]官忠范主編.液壓傳動系統(tǒng)（第3版）普通高等教育機電類規(guī)劃教材2011.7.1機械工業(yè)出版社.

[2]張利平編著.液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用維護，2014.8.1化學(xué)工業(yè)出版社.endprint