船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)同步控制系統(tǒng)研究及故障處理

朱增偉

（江蘇省泰州引江河管理處 江蘇省泰州市 225321）

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是一種新型器械設(shè)備，由液壓系統(tǒng)控制液壓缸內(nèi)的活塞體在內(nèi)壁中反復(fù)做軸向運(yùn)動(dòng)，從而控制閘門(mén)上孔口的開(kāi)啟與關(guān)閉。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)會(huì)因老化和磨損造成啟閉卡頓、閘門(mén)自動(dòng)滑落等問(wèn)題。為了確保液壓?jiǎn)㈤]機(jī)可以正常運(yùn)行，需要進(jìn)行日常維護(hù)并對(duì)故障緊急處理。本文對(duì)啟閉機(jī)常見(jiàn)的故障進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的處理方案，盡可能地避免因啟閉機(jī)異常造成嚴(yán)重?fù)p失。

1 工程概況（客戶(hù)提供）

高港二線(xiàn)船閘為單線(xiàn)船閘，船閘土建結(jié)構(gòu)為1 個(gè)閘室和4 個(gè)閘首。如圖1 所示，在每個(gè)閘首的單側(cè)邊墩布置套三角門(mén)啟閉機(jī)。在輸水廊道布置4 臺(tái)直立式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)作為工作閥門(mén)。一套三角門(mén)的門(mén)體有兩扇，一套啟閉機(jī)控制一扇門(mén)體的啟閉，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的啟閉過(guò)程由活塞桿推動(dòng)。三角門(mén)啟閉機(jī)在啟閉的過(guò)程中，負(fù)載力矩會(huì)根據(jù)門(mén)體的開(kāi)度而變化，如果要保持啟閉的速度為勻速，則需要更大的力矩推動(dòng)。輸水廊道頂部垂直放置的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制工作閥門(mén)，其結(jié)構(gòu)為平面體結(jié)構(gòu)。工作閥門(mén)在門(mén)體啟閉的過(guò)程中，會(huì)因水流的大小調(diào)控力矩，加上閥門(mén)承載門(mén)體的力矩負(fù)載運(yùn)行。本次工程的實(shí)際工況要求，需要門(mén)體快速、穩(wěn)定地啟閉運(yùn)行。

結(jié)合我國(guó)各大工程的特點(diǎn)和實(shí)際工況的工作方式，選用的三角門(mén)啟閉機(jī)為臥式直連液壓?jiǎn)㈤]機(jī)型，對(duì)于三角門(mén)的控制選擇無(wú)級(jí)變速控制方案，工作閥門(mén)的方案為采用直立式直連液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。

圖1：?jiǎn)芜呴l首邊墩液壓?jiǎn)㈤]機(jī)平面布置

2 啟閉機(jī)同步控制系統(tǒng)的確定

2.1 閥控系統(tǒng)

圖2：電液比例閥控制系統(tǒng)

閥控系統(tǒng)需要很高的精確度，常用的閥門(mén)調(diào)速控制系統(tǒng)有電液比例閥控系統(tǒng)和電液伺服閥控系統(tǒng)。電液伺服閥控系統(tǒng)的閥響響應(yīng)速度快、精確度高，但是系統(tǒng)價(jià)格昂貴，檢查和維護(hù)的流程也較為復(fù)雜，對(duì)于能源的消耗也比一般的器械高。電液比例閥控系統(tǒng)是用于控制液壓和電液之間兩個(gè)閥門(mén)的控制元件。如圖2 所示，比例閥系統(tǒng)接收到電氣信號(hào)的指令后會(huì)分別控制壓力、流量等參數(shù)的比例，以實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)元件的轉(zhuǎn)速、位移或力的控制。比例閥系統(tǒng)對(duì)于能量的需求較高，需要冷卻系統(tǒng)在液壓轉(zhuǎn)穩(wěn)定系統(tǒng)內(nèi)部的溫度。

2.2 泵控系統(tǒng)

泵控系統(tǒng)是由變量泵根據(jù)反饋系統(tǒng)得到外界負(fù)載的參數(shù)信息，精確調(diào)整控制泵的傾斜角度，達(dá)到控制流量的目的。由于比例閥會(huì)對(duì)變量進(jìn)行控制，不會(huì)出現(xiàn)流量溢流的情況。使用泵控系統(tǒng)可以提高調(diào)解效率，減少能量損耗。將液壓系統(tǒng)的比例閥和變量泵集成起來(lái)，可以有效簡(jiǎn)化閉合電路，提高系統(tǒng)的控制精度，目前集成后的液壓-泵控系統(tǒng)已經(jīng)在各大工程上被廣泛應(yīng)用。

3 啟閉機(jī)液壓控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 三角門(mén)啟閉機(jī)的無(wú)級(jí)變速

液壓控制系統(tǒng)具有調(diào)壓保護(hù)措施，在啟閉機(jī)控制閘門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)滿(mǎn)足特定壓力的控制以保證安全；為滿(mǎn)足系統(tǒng)工作時(shí)的平穩(wěn)性，采用電磁換向閥來(lái)控制閘門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，液壓缸切換閘門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)的速度動(dòng)作并消除液壓系統(tǒng)中的換向沖擊，提升閘門(mén)的穩(wěn)定性；采用比例泵和二通插裝閥進(jìn)行控制三角門(mén)起閉的方向，具有響應(yīng)速度快、系統(tǒng)壓力損耗較小、降低系統(tǒng)內(nèi)的溫度等關(guān)鍵作用。

3.2 三角門(mén)啟閉機(jī)同步控制策略

根據(jù)三角門(mén)完全關(guān)閉的狀態(tài)完成的時(shí)序分別設(shè)置同步等待位、關(guān)閉終點(diǎn)位和合攏位三個(gè)特征位置。其中需要對(duì)同步等待位的同步誤差進(jìn)行設(shè)置，一般小于10mm。三個(gè)特征位置放置完成之后，首先將啟閉機(jī)運(yùn)行至關(guān)閉終點(diǎn)位完成停機(jī)，關(guān)閉終點(diǎn)位兩扇三角門(mén)斜接柱之間應(yīng)小于15mm，在充泄水的過(guò)程中，三角門(mén)因水差作用自動(dòng)合攏。對(duì)于三個(gè)關(guān)鍵特征位的設(shè)置，需要根據(jù)實(shí)際工況具體調(diào)試和整定。

3.3 工作閥門(mén)下滑自動(dòng)復(fù)位

圖3：液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

表1：三角門(mén)啟閉機(jī)和工作閥門(mén)啟閉機(jī)的重要參數(shù)設(shè)計(jì)表

由于液壓系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生泄漏會(huì)使閘門(mén)產(chǎn)生向下位移。設(shè)定位移值超過(guò)150mm 時(shí)，檢測(cè)裝置會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)和聲音，系統(tǒng)控制電機(jī)泵自動(dòng)啟動(dòng)將工作閥門(mén)進(jìn)行復(fù)位。

4 啟閉機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。上閘首三角門(mén)啟閉機(jī)選用QRWY-300 （300/300）機(jī)型，下閘首三角門(mén)啟閉機(jī)選用QRWY-350 （350/300）機(jī)型，工作閥門(mén)啟閉機(jī)選用QPPYII （300/自重）機(jī)型。圖3 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。

根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)液壓起閉機(jī)的控制回路如下：

（1）液壓源回路：液壓?jiǎn)㈤]機(jī)采用2 臺(tái)變量泵循環(huán)工作作為動(dòng)力輸出單元，另一臺(tái)1 臺(tái)備用。在三角門(mén)啟閉機(jī)和閥門(mén)啟閉機(jī)工作時(shí)，泵提供大流量。在變量泵的出口位置串聯(lián)一個(gè)單向閥，可以減少壓力的沖擊以防止液壓油倒流，破壞變量泵。

（2）壓力控制回路：由溢流閥根據(jù)電液比例對(duì)壓力進(jìn)行控制，當(dāng)負(fù)載壓力穩(wěn)定到液壓系統(tǒng)的指定壓力時(shí)，可以減少能源的損耗，避壓力過(guò)大造成的超載或液壓沖擊的后果。

（3）工作閥門(mén)差動(dòng)回路：在閥門(mén)開(kāi)啟的時(shí)候，有桿腔會(huì)將油通過(guò)回油箱會(huì)補(bǔ)給油到無(wú)桿腔中，完成自動(dòng)換油可以避免因油箱不足出現(xiàn)問(wèn)題，提高了工作效率。

（4）工作閥門(mén)補(bǔ)油回路：工作閥門(mén)由于自身重量，推動(dòng)活塞桿垂直位移從而完成閥門(mén)的關(guān)閉，這個(gè)過(guò)程中門(mén)體下落速度較快，有可能會(huì)因液壓不足出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象。補(bǔ)油回路中設(shè)置單向閥可以減少壓力造成的沖擊。

（5）換向回路：大流量插裝閥可以對(duì)啟閉機(jī)換向進(jìn)行控制，減少熱量以提高控制的精確度。

5 日常故障處理與維護(hù)

啟閉機(jī)會(huì)在船閘建設(shè)的工程中長(zhǎng)期使用，所以啟閉機(jī)的安全性、穩(wěn)定性至關(guān)重要。為保障啟閉機(jī)可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行，本文對(duì)啟閉機(jī)的日常故障進(jìn)行分析并提出處理方案，便于解決啟閉機(jī)緊急異常情況和日后的維護(hù)工作。

5.1 主要故障分析與處理

5.1.1 液壓油

液壓油受壓力影響會(huì)從高壓側(cè)流動(dòng)至低壓側(cè)，流動(dòng)過(guò)程使得系統(tǒng)內(nèi)部溫度升高，當(dāng)溫度升高至某一特定值時(shí)，會(huì)發(fā)生油壓液氧化或密封件異常等現(xiàn)象，使得閥門(mén)受到腐蝕損壞，對(duì)設(shè)備和工作人員的安全產(chǎn)生威脅。處理這一問(wèn)題需要對(duì)液壓油的溫度、清潔度等參數(shù)進(jìn)行定期檢查，如果液壓油存在污染物，需對(duì)污染物的鑒定之后進(jìn)行過(guò)濾。對(duì)于過(guò)濾的濾芯需要定期清洗。

5.1.2 泵控閥件

正常的操作使用泵可以減少泵的異常問(wèn)題，延長(zhǎng)泵的使用壽命。造成泵控閥件異常的主要因素和處理方法有以下四點(diǎn)：

（1）定螺栓過(guò)緊導(dǎo)致變形和磨損，需根據(jù)元件的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度進(jìn)行安裝；

（2）負(fù)荷在運(yùn)動(dòng)中劇烈變化，需采用品質(zhì)高的元器件；

（3）流量的沖擊、振動(dòng)，需對(duì)流量進(jìn)行控制避免發(fā)升劇烈撞擊；

（4）組裝、維護(hù)、拆卸的過(guò)程中操作失誤，需定期檢查器件的磨損情況。

5.1.3 油缸與活塞桿

油箱與活塞桿的主要問(wèn)題是銹蝕。發(fā)生銹蝕時(shí)，需使用酸性液體或砂紙打磨去除銹蝕，同時(shí)對(duì)油液進(jìn)行檢查，如果油液包含雜質(zhì)需對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，而如果油液的酸性值過(guò)高，需及時(shí)更換油液?；钊麠U如果磨損嚴(yán)重時(shí)，需完成更換。

5.1.4 高壓管路異常

管路可能出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。在對(duì)高壓管路進(jìn)行檢修時(shí)，一定要確保切閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)、排除油箱內(nèi)的油液。將油箱完全清理干凈之后對(duì)油箱進(jìn)行焊補(bǔ)。在重新安裝的過(guò)程中，對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)試，保證在10mm 壓力中沒(méi)有出現(xiàn)漏油現(xiàn)象才可使用。

5.1.5 密封件異常

密封件在長(zhǎng)期的使用中可能導(dǎo)致老化，彈性不足甚至損害，造成漏油現(xiàn)象。需對(duì)其定期檢查和更換。

5.2 日常維護(hù)工作

日常的檢查工作可以有效的降低風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合上文描述的主要故障分析，需對(duì)啟閉機(jī)和閥門(mén)的日常維護(hù)工作有：

（1）對(duì)液壓油進(jìn)行定期檢查，根據(jù)液壓油的顏色、氣味、粘稠度和清潔度進(jìn)行檢查并定期清洗過(guò)濾的濾芯。

（2）對(duì)閥件進(jìn)行定期檢查，如有損壞需及時(shí)更換。更換時(shí)應(yīng)切斷電源，釋放系統(tǒng)中的壓力，將液壓?jiǎn)㈤]的機(jī)構(gòu)放置低水平位置并鎖定。

（3）對(duì)油箱和活塞桿進(jìn)行定期檢查，主要查看器件銹蝕、磨損的情況，如果損壞嚴(yán)重，需及時(shí)更換新的器件。

（4）定期檢查高壓管道的磨損情況，避免發(fā)生漏油事件。如果管道發(fā)生磨損，需對(duì)其進(jìn)行焊補(bǔ)工作，一定要在啟閉機(jī)關(guān)閉的狀態(tài)，排除油箱內(nèi)部油液。焊接完成后需對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行壓力測(cè)試。

（5）對(duì)密封件密封性能進(jìn)行定期檢查，如果密封件出現(xiàn)異常需及時(shí)更換密封件。

6 結(jié)論

高港二線(xiàn)船閘采用多臺(tái)三角門(mén)啟閉機(jī)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)同步控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉，提升了工作效率、節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的同步控制系統(tǒng)具有無(wú)級(jí)變速、同步控制和自動(dòng)復(fù)位等功能，提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。結(jié)合啟閉機(jī)的特點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的閉合回路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，大大降低了風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率。作為船閘運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的安全性、穩(wěn)定性至關(guān)重要。