向家壩升船機(jī)下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障分析

馬麟 黃仁輝 劉佳洋

摘 要：本文介紹了向家壩升船機(jī)橫導(dǎo)向系統(tǒng)及下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障，詳細(xì)講述了對(duì)該故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、理論分析、驗(yàn)證及處理的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：向家壩升船機(jī);橫導(dǎo)向;導(dǎo)向缸;漏油;電磁閥

中圖分類號(hào)：U642? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）09-0122-03

向家壩升船機(jī)所處河段為通航河段，通航里程上至新市鎮(zhèn)，下至宜賓市，全長(zhǎng)105km。向家壩所處河段對(duì)金沙江內(nèi)河運(yùn)輸意義重大，設(shè)計(jì)年過(guò)壩貨運(yùn)量為112萬(wàn)噸，客運(yùn)量為40萬(wàn)人次。向家壩升船機(jī)按IV級(jí)航道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)船型為 2×500 t（1 船 2 駁）船隊(duì)，同時(shí)兼顧1000t級(jí)單船。向家壩升船機(jī)為一級(jí)全平衡垂直升船機(jī)，布置在大壩左岸，升船機(jī)最大提升高度114.20m。船廂的升降運(yùn)行由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，在船廂升降運(yùn)行期間橫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對(duì)船廂進(jìn)行橫向引導(dǎo)，使船廂橫向中心線始終位于兩側(cè)橫向?qū)к壍膶?duì)稱中心線上，并將船廂橫向載荷傳遞至塔柱。

1 橫導(dǎo)向系統(tǒng)

橫導(dǎo)向系統(tǒng)分為上游橫導(dǎo)向系統(tǒng)和下游橫導(dǎo)向系統(tǒng)，分別布置在船廂的上游側(cè)和下游側(cè)，每套橫導(dǎo)向系統(tǒng)由2套導(dǎo)向裝置和1套補(bǔ)償系統(tǒng)組成。2套導(dǎo)向裝置對(duì)稱布置在船廂兩側(cè)，在船廂運(yùn)行時(shí)導(dǎo)向架跟隨船廂沿著導(dǎo)軌運(yùn)行。在正常工況下，承壓條與橫向?qū)к壝嬷g保持2mm的設(shè)計(jì)間隙，只有導(dǎo)向輪參與工作;在地震工況下，導(dǎo)向輪彈簧被壓縮，承壓條與導(dǎo)軌之間的間隙消失，船廂橫向載荷通過(guò)導(dǎo)向裝置傳遞至塔柱。補(bǔ)償系統(tǒng)分別由補(bǔ)償油缸和高位補(bǔ)油箱組成，通過(guò)管路與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的油缸連接，用于補(bǔ)償導(dǎo)向裝置油液因泄漏和溫變產(chǎn)生的體積變化。

2 下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障

2.1? 故障情況統(tǒng)計(jì)

2019年12月下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障共出現(xiàn)24次。按時(shí)間分，9次為白天通航期間（8：00～20：00）報(bào)出，15次為停止通航后報(bào)出;按船廂位置分，13次為上游對(duì)接位報(bào)出，6次為下游對(duì)接位報(bào)出，5次為位于上下游對(duì)接位之間的位置報(bào)出;按船廂是否運(yùn)行分，該故障報(bào)出時(shí)船廂均停止運(yùn)行（11月29日船廂在上行過(guò)程中報(bào)出過(guò)該故障）;按船廂內(nèi)有無(wú)船舶分，4次船廂有船，20次船廂無(wú)船。

2.2? 故障介紹

下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障會(huì)閉鎖船廂運(yùn)行，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行橫導(dǎo)向偏差調(diào)整后船廂才能滿足運(yùn)行條件，該故障的頻繁報(bào)出降低升船機(jī)通航效率。

從圖1可以看出，導(dǎo)向架與導(dǎo)向缸活塞桿相連，導(dǎo)向缸與船廂相連。導(dǎo)向缸偏離值為右側(cè)導(dǎo)向缸活塞桿行程值減去左側(cè)導(dǎo)向缸活塞桿行程值。

當(dāng)導(dǎo)向架和船廂均處于基準(zhǔn)位置時(shí)兩側(cè)導(dǎo)向缸活塞桿行程值為0.220m，導(dǎo)向缸偏離為0。當(dāng)船廂偏離對(duì)稱中心線向左時(shí)，左側(cè)導(dǎo)向缸行程值小于0.220m（活塞桿相對(duì)于導(dǎo)向缸向中心線運(yùn)動(dòng)），右側(cè)導(dǎo)向缸行程值大于0.220m（活塞桿相對(duì)于導(dǎo)向缸向?qū)к夁\(yùn)動(dòng)），導(dǎo)向缸偏離值為大于0。當(dāng)船廂偏離對(duì)稱中心線向右時(shí)，左側(cè)導(dǎo)向缸行程值大于0.220m，右側(cè)導(dǎo)向缸行程值小于0.220m，導(dǎo)向缸偏離值為小于0。當(dāng)導(dǎo)向缸偏離值大于等于±10mm時(shí)故障報(bào)出。補(bǔ)償缸活塞桿行程值也會(huì)跟隨發(fā)生變化。

頻繁報(bào)出的故障為下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm，表明船廂偏離對(duì)稱中心線向右。2020年2月26日通航結(jié)束后至2月27日通航開(kāi)始前對(duì)下游橫導(dǎo)向左右側(cè)導(dǎo)向缸行程值、補(bǔ)償缸行程值、壓力值變化統(tǒng)計(jì)如表1所示。

從表1可以看出，經(jīng)過(guò)12個(gè)小時(shí)，左側(cè)導(dǎo)向缸行程變大5mm，右側(cè)導(dǎo)向缸行程變小1mm，補(bǔ)償缸行程變大37mm（補(bǔ)償缸行程基準(zhǔn)值0.150，偏差超±50mm報(bào)補(bǔ)償缸偏離故障）。導(dǎo)向缸左腔壓力減小1MPa，導(dǎo)向缸右腔壓力減小0.3MPa，補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力減小0.7MPa。

3 故障分析

3.1? 自然原因

風(fēng)力作用及地震均可能導(dǎo)致船廂發(fā)生橫向移動(dòng)，造成左右側(cè)導(dǎo)向缸偏差。向家壩升船機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)行風(fēng)級(jí)≤6級(jí)，基本地震設(shè)計(jì)烈度為7度。在2019年12月統(tǒng)計(jì)下游橫導(dǎo)向故障期間未發(fā)生地震，也無(wú)持續(xù)強(qiáng)風(fēng)，因此該故障非自然因素造成。

3.2? 導(dǎo)軌原因

橫導(dǎo)向裝置的導(dǎo)軌不平會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向架牽引活塞桿移動(dòng)，從而造成左右側(cè)導(dǎo)向缸偏差。導(dǎo)軌原因可分為：導(dǎo)軌某特定高程不平和導(dǎo)軌整體偏斜。

3.2.1 導(dǎo)軌某特定高程不平

如果某處導(dǎo)軌凹陷，凹陷處導(dǎo)輪懸空或由于彈簧作用伸出，另外三個(gè)導(dǎo)向輪正常受力，導(dǎo)向裝置形態(tài)未發(fā)生變化，不會(huì)引起活塞桿位置變化。如果某處導(dǎo)軌突起，凸起處導(dǎo)輪由于彈簧作用縮回，另外三個(gè)導(dǎo)向輪正常受力，導(dǎo)向裝置形態(tài)未發(fā)生變化，不會(huì)引起活塞桿位置變化。

3.2.2 導(dǎo)軌整體偏斜

假設(shè)左側(cè)導(dǎo)軌向左傾斜，船廂向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，左側(cè)導(dǎo)向架牽引對(duì)應(yīng)活塞桿向左運(yùn)動(dòng)，左側(cè)導(dǎo)向缸行程值變大。為保持船廂橫向中心線位于兩側(cè)橫向?qū)к壍膶?duì)稱中心線上，船廂整體向左移動(dòng)，右側(cè)導(dǎo)向缸行程值變大。

假設(shè)左側(cè)導(dǎo)軌向左傾斜，船廂向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，左側(cè)導(dǎo)向架牽引對(duì)應(yīng)活塞桿向右運(yùn)動(dòng)，左側(cè)導(dǎo)向缸行程值變小。為保持船廂橫向中心線位于兩側(cè)橫向?qū)к壍膶?duì)稱中心線上，船廂整體向右移動(dòng)，右側(cè)導(dǎo)向缸行程值變小。

由以上分析可知，當(dāng)左側(cè)導(dǎo)軌向左傾斜，船廂經(jīng)過(guò)一次上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)后，兩導(dǎo)向缸行程值同步變化（行程值先變大后變?。?，最后理論上會(huì)恢復(fù)至基準(zhǔn)值。此種情況下導(dǎo)向缸行程變化規(guī)律和表1中實(shí)際導(dǎo)向缸變化規(guī)律不一致，因此可以排除導(dǎo)軌整體偏斜導(dǎo)致下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障。導(dǎo)軌其余偏斜情況可以進(jìn)行類似分析。

從故障情況統(tǒng)計(jì)也可以看出，該故障與船廂位置及船廂是否運(yùn)行并無(wú)太大關(guān)系。

3.3? 漏油原因

液壓系統(tǒng)漏油會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向缸活塞桿移動(dòng)，從而報(bào)出下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障。漏油原因分為液壓系統(tǒng)內(nèi)漏和外漏。液壓系統(tǒng)內(nèi)漏和外漏導(dǎo)致的現(xiàn)象一致，因外漏易于觀察，內(nèi)漏不易察覺(jué)，所以重點(diǎn)進(jìn)行液壓系統(tǒng)內(nèi)漏分析。液壓系統(tǒng)內(nèi)漏又分為導(dǎo)向缸左腔壓力油內(nèi)漏、導(dǎo)向缸右腔壓力油內(nèi)漏和補(bǔ)償缸無(wú)桿腔內(nèi)漏。導(dǎo)向缸和補(bǔ)償缸通過(guò)電磁閥連接液壓系統(tǒng)壓力油和回油，具體連接情況如表2所示。

3.3.1 導(dǎo)向缸左腔壓力油內(nèi)漏

如果電磁閥YV10或YV6內(nèi)漏，左側(cè)導(dǎo)向缸行程值變大，右側(cè)導(dǎo)向缸行程值變小，補(bǔ)償缸活塞桿行程值變大。同時(shí)導(dǎo)向缸左腔壓力值變小，補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力值變小。

3.3.2 導(dǎo)向缸右腔壓力油內(nèi)漏

如果電磁閥YV7或YV4內(nèi)漏，左側(cè)導(dǎo)向缸行程值變小，右側(cè)導(dǎo)向缸行程值變大，補(bǔ)償缸活塞桿行程值變大。同時(shí)導(dǎo)向缸右腔壓力值變小，補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力值變小。

3.3.3 補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力油內(nèi)漏

如果電磁閥YV8或YV5內(nèi)漏，導(dǎo)向缸行程值不變，補(bǔ)償缸活塞桿行程值變小。同時(shí)補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力值變小，導(dǎo)向缸左腔和右腔壓力值變小。

根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)向缸左腔壓力油內(nèi)漏導(dǎo)致的導(dǎo)向缸行程變化和實(shí)際情況一致，因此初步懷疑電磁閥YV10或YV6內(nèi)漏。

4驗(yàn)證及處理

4.1 驗(yàn)證

為驗(yàn)證電磁閥YV10或YV6是否有內(nèi)漏，進(jìn)行如下試驗(yàn)：關(guān)閉下游橫導(dǎo)向左、右側(cè)導(dǎo)向缸進(jìn)出油閥門后觀察導(dǎo)向缸、補(bǔ)償缸行程及壓力變化。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，經(jīng)過(guò)接近16個(gè)小時(shí)，左、右側(cè)導(dǎo)向缸行程無(wú)變化，補(bǔ)償缸行程變大11mm。導(dǎo)向缸左腔壓力由13.69MPa降低至0.04MPa（導(dǎo)向缸壓力測(cè)點(diǎn)位于進(jìn)出油閥門遠(yuǎn)離導(dǎo)向缸側(cè)），導(dǎo)向缸右腔壓力由14.57MPa增高至27.38MPa，補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力減小0.39MPa。

在隔離導(dǎo)向缸和其連接管路后，導(dǎo)向缸左右側(cè)腔內(nèi)的油被完全存儲(chǔ)在導(dǎo)向缸內(nèi)，沒(méi)有發(fā)生泄漏，因此左、右側(cè)導(dǎo)向缸行程無(wú)變化。導(dǎo)向缸左腔其連接管路內(nèi)壓力油來(lái)源被隔絕，管路內(nèi)壓力油因量少而導(dǎo)致導(dǎo)向缸左腔壓力降低至接近于0，驗(yàn)證了電磁閥YV10或YV6的內(nèi)漏。

對(duì)于補(bǔ)償缸而言，導(dǎo)向缸左腔和右腔壓力共同作用，抵消補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力，保持補(bǔ)償缸活塞桿處于穩(wěn)定狀態(tài)。導(dǎo)向缸左腔壓力降低至接近于0后，原導(dǎo)向缸左腔和右腔壓力共同承受的壓力轉(zhuǎn)移至導(dǎo)向缸右腔單獨(dú)承擔(dān)，因此導(dǎo)向缸右腔壓力增高至原壓力大概2倍左右。進(jìn)一步驗(yàn)證了電磁閥YV7或YV4無(wú)內(nèi)漏。

4.2 處理

2020年3月15日，向家壩升船機(jī)停航維護(hù)期間，對(duì)下游橫導(dǎo)向電磁閥YV10和YV6進(jìn)行更換，更換電磁閥后再次對(duì)下游橫導(dǎo)向?qū)蚋?、補(bǔ)償缸行程及壓力變化進(jìn)行記錄，記錄結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，更換下游橫導(dǎo)向電磁閥YV10和YV6后，導(dǎo)向缸行程細(xì)微變化，補(bǔ)償缸行程無(wú)變化。導(dǎo)向缸左腔、右腔及補(bǔ)償缸無(wú)桿腔壓力均無(wú)較大變化。

該結(jié)果證明電磁閥YV10和YV6確實(shí)存在內(nèi)漏。

5 結(jié)論

橫導(dǎo)向系統(tǒng)的作用是對(duì)船廂進(jìn)行橫向引導(dǎo)并將船廂橫向載荷傳遞至塔柱，對(duì)于升船機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。下游橫導(dǎo)向僅導(dǎo)向缸偏離超-10mm故障的頻發(fā)影響了橫導(dǎo)向系統(tǒng)的正常運(yùn)行，且該故障原因隱蔽性強(qiáng)，不易觀察及發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)、理論分析、驗(yàn)證等過(guò)程，最終成功解決該難題，使得升船機(jī)橫導(dǎo)向系統(tǒng)恢復(fù)正常，助力向家壩升船機(jī)更好地服務(wù)金沙江內(nèi)河航運(yùn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳素艷，王麗.三峽水利樞紐工程升船機(jī)船廂橫向?qū)蛳到y(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2013（1）：28-30.