喀麥隆曼維萊主溢洪道液壓系統(tǒng)測(cè)量應(yīng)用

陳高 鄭雄 胡新霖

喀麥隆曼維萊水電站主溢洪道6扇弧形閘門(mén)的啟閉采用液壓?jiǎn)㈤]的方式，其原因在于液壓式啟閉機(jī)油缸內(nèi)的油液為柔性工作介質(zhì)，能達(dá)到減輕閘門(mén)局部開(kāi)啟時(shí)高速水流對(duì)閘門(mén)產(chǎn)生振動(dòng)，具有實(shí)現(xiàn)閘門(mén)平穩(wěn)運(yùn)行的作用，同時(shí)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)具有體積小、重量輕、啟閉力大，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的特點(diǎn)。但是喀麥隆曼維萊水電站主溢洪道弧門(mén)在安裝后調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)爬行和抖動(dòng)現(xiàn)象，首先，排除弧門(mén)和啟閉機(jī)安裝的因素，因?yàn)榛￠T(mén)支鉸軸和啟閉機(jī)端頭安裝數(shù)據(jù)都滿(mǎn)足其安裝規(guī)范要求；其次，閘門(mén)兩端啟閉機(jī)油缸中的活塞桿行程往往不能保持同步，造成閘門(mén)兩端啟閉速度不同而傾斜，為了確保液壓系統(tǒng)的同步性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，對(duì)兩個(gè)液壓油缸的有桿腔壓力和油缸行程進(jìn)行測(cè)量。

1 測(cè)量原理

測(cè)量弧門(mén)全程啟閉過(guò)程中，兩個(gè)液壓油缸的有桿腔壓力和活塞桿的行程，以判斷雙油缸的同步性。

弧門(mén)全程啟閉中的有桿腔壓力與弧門(mén)啟閉開(kāi)度關(guān)系的測(cè)量，將采用現(xiàn)有的電氣控制設(shè)備，通過(guò)PLC編程自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和監(jiān)控，實(shí)時(shí)記錄兩個(gè)油缸的有桿腔壓力與弧門(mén)啟閉開(kāi)度的關(guān)系曲線。而活塞桿的行程通過(guò)PLC給出的模擬量和實(shí)際測(cè)量出的行程進(jìn)行比較。最終綜合評(píng)價(jià)弧門(mén)啟閉過(guò)程中兩個(gè)液壓油缸的同步問(wèn)題。測(cè)量基本原理為：在弧門(mén)現(xiàn)地控制柜的基礎(chǔ)上，利用控制柜上的PLC編程自動(dòng)化系統(tǒng)，按照上述要求編制新的可顯示與儲(chǔ)存輸出的程序。壓力傳感器采用泵站上現(xiàn)有的傳感器（型號(hào)：PE100HP400G14HT3AQ）與油缸缸旁閥組上有桿腔端的測(cè)壓接頭連接（接入位置如圖1所示），通過(guò)電纜把兩個(gè)壓力傳感器輸出的模擬量接入PLC系統(tǒng)。

將弧門(mén)啟閉的開(kāi)度數(shù)值（通過(guò)活塞桿的行程開(kāi)度儀上的數(shù)值轉(zhuǎn)化）直接導(dǎo)入PLC程序，最終使壓力傳感器和油缸行程開(kāi)度儀的模擬信號(hào)反饋至PLC系統(tǒng)上，最后把計(jì)算機(jī)與PLC數(shù)據(jù)端頭相連，即可通過(guò)計(jì)算機(jī)界面直觀的記錄左右兩個(gè)油缸的有桿腔壓力和弧門(mén)啟閉開(kāi)度的全部數(shù)據(jù)。

圖1 （上）：液壓系統(tǒng)測(cè)量原理

2 測(cè)量方法及結(jié)果

從理論上分析，弧門(mén)啟閉過(guò)程中兩個(gè)液壓油缸保持同步，油缸有桿腔壓力基本相等，兩個(gè)油缸行程偏差低于10 mm，因此，測(cè)量方法將主要描述弧門(mén)啟閉過(guò)程中兩個(gè)油缸壓力和油缸行程進(jìn)行測(cè)量方法。

2.1 油缸壓力自動(dòng)化測(cè)量

首先采用已準(zhǔn)備的筆記本電腦對(duì)主溢洪道現(xiàn)地控制柜上的PLC進(jìn)行程序編寫(xiě)和輸入，該程序必須實(shí)現(xiàn)如上測(cè)量原理所述的功能。將兩個(gè)壓力傳感器接入油缸有桿腔，再?gòu)膲毫鞲衅魈幐饕?根6×2 mm2電纜到現(xiàn)地控制柜并接入到PLC模擬量模塊備用點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、PLC、壓力傳感器和油缸相連，各設(shè)備和傳感器連接完成后檢查接線是否正確，并查看是否有模擬量輸入到PLC。最終實(shí)現(xiàn)在弧門(mén)啟閉過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)界面實(shí)時(shí)觀測(cè)到油缸壓力變化，并儲(chǔ)存檢測(cè)數(shù)據(jù)。

其次利用現(xiàn)有兩個(gè)液壓油缸開(kāi)度儀通過(guò)控制柜上的電子元件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后再把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)電纜接入PLC系統(tǒng)上，再通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)兩個(gè)油缸活塞桿的行程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄、儲(chǔ)存。

最后通過(guò)已寫(xiě)入的程序，計(jì)算機(jī)界面將直觀的顯示弧門(mén)全程啟閉過(guò)程中，弧門(mén)不同開(kāi)度啟閉與左右兩缸的壓力關(guān)系曲線。

2.2 油缸壓力和里程自動(dòng)化測(cè)量數(shù)據(jù)復(fù)核

為了核實(shí)壓力傳感器和開(kāi)度儀反饋的數(shù)據(jù)的正確性，將在某測(cè)壓接頭位置安裝兩個(gè)壓力表，將對(duì)每次弧門(mén)啟閉的有桿腔壓力記錄并且對(duì)壓力傳感器的壓力進(jìn)行校正。

為了檢測(cè)弧門(mén)啟閉過(guò)程中，兩個(gè)油缸的開(kāi)度儀反饋數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，即主溢洪道現(xiàn)地控制柜上的觸摸屏上顯示的左右油缸的行程數(shù)據(jù)，在弧門(mén)關(guān)閉或啟閉任何一段時(shí)，將直接用卷尺量取油缸活塞桿變化量與觸摸屏上顯示量進(jìn)行對(duì)比。

閘門(mén)關(guān)閉或者局部開(kāi)啟時(shí)，在活塞桿靠近閘門(mén)吊軸處用記號(hào)筆做標(biāo)記，并用卷尺測(cè)量標(biāo)記處到油缸刮污圈出的距離L1（取左右缸的數(shù)值的平均值），同時(shí)記錄控制面板上閘門(mén)顯示的開(kāi)度S1（取數(shù)值得平均值）。

將閘門(mén)開(kāi)啟至任意位置（開(kāi)啟的差值越大，測(cè)量越準(zhǔn)確），停止閘門(mén)。用卷尺測(cè)量標(biāo)記處到油缸刮污圈處的距離為L(zhǎng)2（取左右缸的數(shù)值的平均值）。同時(shí)記錄控制面板上閘門(mén)顯示的開(kāi)度值S2（取數(shù)值得平均值）。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

對(duì)于以上的測(cè)量方法，最終油缸活塞桿行程測(cè)量的結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 最終油缸活塞桿行程測(cè)量的結(jié)果

實(shí)際測(cè)量變化值與模擬量的變化值得誤差是|（ΔL-ΔS）/ΔL|≤0.5%為合格，由綜上數(shù)據(jù)計(jì)算得知誤差是0.18%＜0.5%。

綜上測(cè)量數(shù)據(jù)所知，無(wú)論弧門(mén)開(kāi)度在什么情況下，左右兩個(gè)油缸的有桿腔壓力相差都不會(huì)超過(guò)1 MPa，由此可知液壓系統(tǒng)兩端油缸中活塞運(yùn)動(dòng)具有同步性。

3結(jié)語(yǔ)

影響雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)左右不同步的原因有很多。例如，在液壓安裝的過(guò)程中，應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行管道的清洗和注油循環(huán)，一旦管道中殘留雜質(zhì)，則在閘門(mén)的啟閉過(guò)程中，會(huì)造成閘門(mén)抖動(dòng)。又例如，在調(diào)試過(guò)程中無(wú)法找到控制左右缸調(diào)速閥及比例閥的平衡點(diǎn)，在閘門(mén)啟閉過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)爬行和抖動(dòng)現(xiàn)象。另外與閘門(mén)的整體剛度，兩側(cè)止水壓縮量是否一致等因素有關(guān)。本次試驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證了大中型閘門(mén)的啟閉采用液壓系統(tǒng)啟閉具有一定的同步性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。