大型升船機(jī)安全保障裝置電液控制技術(shù)分析

張盛

摘要：升船機(jī)可以處理不同水系工程通航問題，以鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式為主。升船機(jī)為大型運(yùn)載設(shè)備，運(yùn)行可靠性與安全性直接影響升船機(jī)運(yùn)行效益。在本文研究中，分析了大型升船機(jī)安全保障裝置問題，重點(diǎn)討論電液控制技術(shù)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：大型升船機(jī);安全保障裝置;電液控制技術(shù)

水電屬于清潔能源，開發(fā)技術(shù)成熟度高，不但能夠?qū)稍偕Y源大規(guī)模開發(fā)，還能提升水電站經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有促進(jìn)作用。但是，由于水電站上下游水位落差大，所以對(duì)船舶安全通航影響較大。升船機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較多，不會(huì)過度消耗水資源，過壩速度快，技術(shù)限制影響低，值得推廣應(yīng)用。

1、大型升船機(jī)安全性分析

1.1主提升系統(tǒng)安全保障措施

升船機(jī)主提升系統(tǒng)，設(shè)置在塔柱頂部主機(jī)房?jī)?nèi)，主提升設(shè)備包含多個(gè)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，主電機(jī)額定提升力為1760kN。鋼絲繩利用壓板固定纏繞在卷筒上，一端利用調(diào)節(jié)螺桿螺母，連接均衡液壓缸、承船廂;另一端連接轉(zhuǎn)矩平衡重。重力繩一端使用錐套連接吊耳板，另一端連接重力平衡。轉(zhuǎn)矩平衡重鋼絲繩、提升鋼絲繩，共同應(yīng)用重力平衡重卷筒、安全制動(dòng)器、安全平衡重卷筒及工作制動(dòng)器。主提升系統(tǒng)的安全措施，涉及到卷?yè)P(yáng)提升機(jī)構(gòu)、同步軸裝置及制動(dòng)器。

1.2承船廂設(shè)備安全保障措施

升船機(jī)中承船廂屬于重要載體。承船廂上設(shè)置臥倒式工作閘門、防撞梁裝置、對(duì)接密封框裝置、調(diào)平裝置、鎖定裝置。承船廂運(yùn)行到對(duì)接位，主提升機(jī)電機(jī)停機(jī)。在承船廂兩側(cè)，縱梁各點(diǎn)安裝水深傳感器，對(duì)承船廂水深進(jìn)行檢測(cè)。運(yùn)行期間，當(dāng)承船廂水位下降速度快時(shí)，則必須做好安全制動(dòng)，同時(shí)投入鎖定裝置，確保承船廂停運(yùn)安全。為了避免臥倒門動(dòng)作，需要安裝雙重位置檢測(cè)器，檢測(cè)承船廂臥倒門開度，判斷承船廂臥倒門啟閉情況。在承船廂縱梁梁端，確保安裝水平度，當(dāng)水平度較差時(shí)，則投入安全制動(dòng)，確保承船廂運(yùn)行安全性。

第一，差速安全鎖定裝置：承船廂中，差速安全鎖定裝置屬于升船機(jī)重要安全保障裝置。承船廂、主提升設(shè)備間設(shè)置聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)，通過機(jī)架上端連接鋼絲繩。裝置關(guān)鍵自鎖部件，為承船廂三齒鎖定塊，當(dāng)承船廂發(fā)生失水事故時(shí)，上行速度超過主提升設(shè)備運(yùn)行速度，利用升船機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確投入差速安全鎖定裝置，避免破壞承船廂平衡條件。

第二，新型對(duì)接鎖定裝置：液壓夾緊裝置退出時(shí)，承船廂懸吊系統(tǒng)出現(xiàn)載荷沖擊，需要做好對(duì)應(yīng)處理。首先，夾緊裝置退出前，利用承船廂可逆水泵系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)廂內(nèi)水位，確保廂內(nèi)水位與對(duì)接前水位一致，延長(zhǎng)升船機(jī)運(yùn)行時(shí)間;其次，在現(xiàn)有液壓夾緊裝置上，增設(shè)豎直液壓缸，提前進(jìn)行泄壓操作，將承船廂附加負(fù)載，轉(zhuǎn)移至鋼絲繩上，在夾緊水平液壓缸退出前，不會(huì)導(dǎo)致承船廂晃動(dòng)和沖擊。

1.3主監(jiān)控系統(tǒng)安全保障措施

通過升船機(jī)主監(jiān)控系統(tǒng)，幫助操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確保升船機(jī)運(yùn)行安全性。升船機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要借助分布式網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)地子站級(jí)、主控級(jí)，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控。升船機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基于軟件容錯(cuò)、硬件冗余原則，優(yōu)化配置系統(tǒng)裝置，加強(qiáng)故障檢測(cè)與診斷功能。升船機(jī)運(yùn)行控制效果顯著，能夠提升升船機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行效益。

在應(yīng)用升船機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)系統(tǒng)工程子系統(tǒng)，設(shè)置科學(xué)檢測(cè)技術(shù)，確保升船機(jī)運(yùn)行安全性。在升船機(jī)上，設(shè)置工業(yè)電視系統(tǒng);在集控室中，設(shè)置矩陣控制器、硬盤錄像機(jī)、監(jiān)視器裝置。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視點(diǎn)，優(yōu)化配置攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控升船機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行過程。為了確保升船機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)效果，主控室配置工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信息、狀態(tài)信息，傳輸至上位機(jī)集中控制室，并通過監(jiān)視器、大屏幕顯示。

2、升船機(jī)對(duì)接鎖定裝置控制系統(tǒng)

2.1有源比例泄壓回路設(shè)計(jì)

高壓系統(tǒng)保壓中，液壓缸、機(jī)架、系統(tǒng)管理積聚大量能量。在液壓缸運(yùn)行動(dòng)作前，要通過平穩(wěn)方式釋放壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力釋放速度較快時(shí)，則會(huì)沖擊機(jī)身與管路，出現(xiàn)異常振動(dòng)現(xiàn)象，并且對(duì)液壓元件結(jié)構(gòu)破壞影響非常大，威脅人員安全。通過系統(tǒng)泄壓回路，能夠穩(wěn)定釋放高壓系統(tǒng)能量，維護(hù)設(shè)備運(yùn)行可靠性。泄壓回路主要采用節(jié)流閥、阻尼孔泄壓回、比例閥泄壓回路。比例泄壓回路，按照使用元件劃分為插裝節(jié)流閥泄壓回路、插裝溢流閥泄壓回路。對(duì)于比例插裝節(jié)流閥，關(guān)注先導(dǎo)級(jí)比例閥開度，科學(xué)分析裝閥主閥芯開口大小，合理控制主閥芯開啟度。比例閥信號(hào)大小與變化，會(huì)極大影響主閥芯開口大小、開啟速度。針對(duì)比例插裝溢流閥，通過現(xiàn)代級(jí)溢流閥壓力，對(duì)主閥芯開啟力大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2比例泄壓回路實(shí)驗(yàn)研究

包含液壓泵站、比例泄壓閥組、壓力容腔、數(shù)據(jù)采集卡、控制程序。泵站、比例泄壓閥組對(duì)接液壓缸密閉容腔。在試驗(yàn)操作中，應(yīng)用壓力跟蹤控制策略、帶有死區(qū)壓力同步控制策略，在PLC上實(shí)現(xiàn)斜坡信號(hào)。泄壓壓力信號(hào)、指令信號(hào)間存在明顯的滯后、跟蹤誤差，但是其他階段誤差比較小。初始環(huán)節(jié)，滯后、跟蹤誤差產(chǎn)生原因多是由于泄壓系統(tǒng)等效為主導(dǎo)系統(tǒng)所致。在經(jīng)典控制理論中，存在較多滯后誤差，但是誤差會(huì)持續(xù)減小，并且逐漸穩(wěn)定。應(yīng)用比例溢流閥、加大面積固定阻尼孔，能夠改善不良問題，但是會(huì)加劇成本支出。按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可知，加大阻尼孔流通面積，會(huì)增加最小可調(diào)泄壓力，致使溢流閥超量程，無法調(diào)節(jié)泄壓壓力。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在泄壓壓力信號(hào)、指令信號(hào)間，泄壓后半段的壓力跟蹤偏差較大。如果指令信號(hào)較小，則壓力跟蹤偏差比較大，二者具備反向關(guān)系。PI控制器比例增益、積分增益為固定值，不會(huì)隨著現(xiàn)場(chǎng)工況改變，并且魯棒性自適應(yīng)性不足。通過測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)指令比較大時(shí)，增益為線性特點(diǎn);當(dāng)指令信號(hào)較小時(shí)，增益呈現(xiàn)出非線性特點(diǎn)。所以，壓力跟蹤控制策略具備高效壓力跟蹤特點(diǎn)，魯棒性比較弱。

3、結(jié)束語

綜上所述，深入分析和研究升船機(jī)安全保障，圍繞裝置電液控制系統(tǒng)討論，基于理論法、數(shù)值仿真法、實(shí)驗(yàn)法，詳細(xì)研究和分析升船機(jī)相關(guān)問題，確保升船機(jī)運(yùn)行安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]黃金根.杭州國(guó)電機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司：致力專而精，解決升船機(jī)“卡脖子”技術(shù)[J].今日科技，2021，25（06）：48.

[2]李志成，陶桂蘭，王嘉煒，張馳，郜寧?kù)o.超高揚(yáng)程升船機(jī)頂部機(jī)房形式及地震鞭梢效應(yīng)分析[J].水運(yùn)工程，2020，10（12）：86-91.