王海軍

摘 要：向家壩升船機(jī)自投入試通航以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定，為金沙江航運(yùn)事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。通航門(mén)作為升船機(jī)通航流程中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀況對(duì)通航效率與設(shè)備安全有著重要影響。目前通航門(mén)在啟閉過(guò)程中無(wú)法調(diào)速運(yùn)行，通航門(mén)啟閉到位時(shí)對(duì)閘首設(shè)備造成很大的沖擊振動(dòng)，影響設(shè)備安全運(yùn)行。為此，本文在對(duì)通航門(mén)結(jié)構(gòu)及啟閉系統(tǒng)分析研究的基礎(chǔ)上，提出了通航門(mén)啟閉調(diào)速的改造思路，并就具體的液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的調(diào)速改造方法做了詳細(xì)闡述。經(jīng)過(guò)改造，既縮短了通航門(mén)的運(yùn)行時(shí)間，提高通航效率，又減小了對(duì)設(shè)備的沖擊振動(dòng)，保證設(shè)備安全，為升船機(jī)的安全高效通航奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：向家壩升船機(jī);通航門(mén);調(diào)速;改造;液壓?jiǎn)㈤];電氣控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U642? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）09-0076-03

向家壩升船機(jī)采用全平衡齒輪齒條爬升螺母柱保安式一級(jí)垂直升降方式，由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道組成。升船機(jī)按Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，過(guò)壩代表船型為2×500噸級(jí)一頂二駁船隊(duì)和1000噸級(jí)機(jī)動(dòng)貨運(yùn)單船，最大提升高度為114.2米，總提升重量約8150噸[1-2]。

自2018年5月26日開(kāi)始試通航以來(lái)，向家壩升船機(jī)整體運(yùn)行穩(wěn)定，狀態(tài)良好，安全、高效的過(guò)壩方式，使得升船機(jī)每日船舶申報(bào)過(guò)機(jī)數(shù)量逐日增多，這對(duì)升船機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求。通航門(mén)作為升船機(jī)運(yùn)行流程中關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀況對(duì)升船機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。

1 通航門(mén)及啟閉系統(tǒng)介紹

1.1 通航門(mén)結(jié)構(gòu)介紹

向家壩升船機(jī)通航門(mén)共兩套，分別布置在上、下閘首工作門(mén)的U形凹槽結(jié)構(gòu)中，采用雙吊點(diǎn)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)靜水啟閉方式。通航門(mén)關(guān)閉時(shí)，其與上閘首或下閘首工作門(mén)一起作為升船機(jī)的上游或下游擋水設(shè)施，通航門(mén)開(kāi)啟時(shí)，升船機(jī)船廂水域與上游或下游水域聯(lián)通形成船只進(jìn)出船廂的通道[3]。

通航門(mén)由門(mén)葉結(jié)構(gòu)、支承裝置、水封裝置、轉(zhuǎn)鉸裝置等部分組成。門(mén)葉采用三主梁結(jié)構(gòu)，支承裝置型式為復(fù)合滑塊，水封采用雙P型水封。轉(zhuǎn)鉸裝置布置在通航門(mén)底部，采用帶懸臂的簡(jiǎn)支支承轉(zhuǎn)鉸軸的結(jié)構(gòu)形式，懸臂端安裝拐臂，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)通過(guò)拐臂帶動(dòng)門(mén)葉繞轉(zhuǎn)鉸軸90°轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)通航門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。通航門(mén)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2? 通航門(mén)液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)介紹

通航門(mén)液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，主要由電機(jī)、變量泵、電磁溢流閥、電液換向閥、單向節(jié)流閥、平衡閥組等組成。

通航門(mén)兩側(cè)啟閉油缸的無(wú)桿腔、有桿腔分別通過(guò)管路聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)通航門(mén)啟閉同步功能。缸旁平衡閥組具有較強(qiáng)的抗負(fù)載干擾能力，用于保證通航門(mén)啟閉過(guò)程中速度平穩(wěn)，以及實(shí)現(xiàn)通航門(mén)全開(kāi)、全關(guān)或中途緊急停機(jī)時(shí)油缸的保壓閉鎖，防止油缸誤動(dòng)。平衡閥組中的溢流閥用于油缸或管路過(guò)載時(shí)泄壓，保證啟閉系統(tǒng)安全。單向節(jié)流閥用于通航門(mén)啟閉速度的調(diào)節(jié)。

2 通航門(mén)啟閉現(xiàn)狀及調(diào)速改造思路

2.1 通航門(mén)啟閉現(xiàn)狀

由圖2可知，目前通航門(mén)啟閉速度由單向節(jié)流閥控制，該閥一旦調(diào)定，通航門(mén)在啟閉過(guò)程中的速度就保持不變。若為了提高通航效率將通航門(mén)的啟閉速度調(diào)大，則在通航門(mén)啟閉到位時(shí)將對(duì)整個(gè)閘首工作門(mén)及門(mén)內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生較大沖擊。若為了減小沖擊振動(dòng)將通航門(mén)啟閉速度調(diào)小，則會(huì)延長(zhǎng)通航門(mén)啟閉時(shí)間，降低通航效率，這與日益增長(zhǎng)的通航需求相矛盾。

2.2? 通航門(mén)調(diào)速改造思路

液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)速的方法有三種：①泵控動(dòng)態(tài)調(diào)速，如采用比例變量泵的方式;②閥控動(dòng)態(tài)調(diào)速，如采用比例調(diào)速閥、比例換向閥等;③變頻電機(jī)調(diào)速，采用變頻電機(jī)與定量泵組合，通過(guò)變頻改變泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)速[4-6]。

目前，向家壩升船機(jī)通航門(mén)整體結(jié)構(gòu)及其液壓、電氣設(shè)備的安裝布局已經(jīng)固定，針對(duì)這種情況，本文采用閥控動(dòng)態(tài)調(diào)速的方式，通過(guò)增加和改造通航門(mén)少量的液壓及電氣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)通航門(mén)在啟閉過(guò)程中變速運(yùn)行。

3 通航門(mén)調(diào)速改造具體方法

3.1 液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)改造

通航門(mén)液壓?jiǎn)㈤]油缸基本參數(shù)如下：

由表1可得通航門(mén)液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)，如表2所示。

根據(jù)表2中的技術(shù)參數(shù)，通航門(mén)調(diào)速液壓系統(tǒng)改造采用比例換向閥替代原系統(tǒng)中的單向節(jié)流閥與電液換向閥的方式，比例換向閥最高工作壓力35Mpa、額定流量100L/min的，可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

3.2 電氣控制系統(tǒng)改造

通航門(mén)液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)采用比例換向閥進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)速，需在電氣控制系統(tǒng)中使用配套的比例放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)比例換向閥的流量控制。由于比例換向閥的輸入控制信號(hào)為±10V電壓信號(hào)，故還需增加模擬量輸出模塊作為比例放大器的輸入信號(hào)。

改造后，通航門(mén)電氣控制系統(tǒng)由可編程邏輯控制器（PLC）、可視操作面板（HMI）、比例放大器、油缸行程編碼器、壓力傳感器及壓力繼電器、接近開(kāi)關(guān)等元器件組成，具備通航門(mén)的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、現(xiàn)地操作以及故障保護(hù)等功能，同時(shí)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與升船機(jī)集中控制站通信，可實(shí)現(xiàn)通航門(mén)的遠(yuǎn)程控制，其電氣控制系統(tǒng)圖如圖3所示。

4 改造后通航門(mén)啟閉調(diào)速流程

通航門(mén)啟閉系統(tǒng)調(diào)速改造后，啟門(mén)與閉門(mén)流程采用相同的速度曲線(xiàn)，在此以通航門(mén)開(kāi)啟流程進(jìn)行說(shuō)明。

通航門(mén)在全關(guān)位接收到集中控制站或HMI操作面板發(fā)送的開(kāi)門(mén)命令后，電氣系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)啟動(dòng)建壓，比例換向閥按程序邏輯控制流量在3s內(nèi)從0L/min線(xiàn)性升至73.5L/min，啟門(mén)速度則從0m/min勻加速至最大啟閉速度1.5m/min，隨后通航門(mén)勻速開(kāi)啟。當(dāng)控制系統(tǒng)接收到油缸行程編碼器反饋的預(yù)開(kāi)位后，比例換向閥在5s內(nèi)線(xiàn)性減少輸出流量至18.5L/min，啟門(mén)速度則勻減速至約0.38m/min，通航門(mén)再以此速度運(yùn)行至全關(guān)位，系統(tǒng)停機(jī)。改造后通航門(mén)啟閉的流量與速度曲線(xiàn)如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

向家壩升船機(jī)在金沙江下游航運(yùn)中起著非常重要的作用，其設(shè)備安全與通航效率一直是各方關(guān)注重點(diǎn)。目前通航門(mén)在啟閉過(guò)程中無(wú)法調(diào)速運(yùn)行，快速啟閉帶來(lái)的沖擊嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行安全，慢速啟閉又必然會(huì)降低通航效率，矛盾突出。

本文在對(duì)通航門(mén)結(jié)構(gòu)及其啟閉系統(tǒng)分析研究的基礎(chǔ)上，提出了通航門(mén)啟閉調(diào)速的改造思路，并就具體的液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的改造方法做了詳細(xì)闡述。改造后通航門(mén)啟閉運(yùn)行時(shí)，先在較短時(shí)間內(nèi)加速至較高速度，并保持高速運(yùn)行，在通航門(mén)將要啟閉到位前再減速至低速運(yùn)行，最后以較低速度到位停止。該方法可有效兼顧設(shè)備運(yùn)行安全和保證通航效率，為升船機(jī)的安全高效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，也為此類(lèi)閘門(mén)的調(diào)速改造提供了思路。

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