1 概述 近年來，液壓啟閉機(jī)在水利工程上得到了越來越廣泛的應(yīng)用，這是由于油缸內(nèi)的油液具有緩沖和減振作用，適宜于控制工作閘門在高水頭、不同開度下的無振安全運(yùn)行；并可對(duì)閘門實(shí)施下壓力，使閘門自重較輕，節(jié)約成本。油缸與閘門經(jīng)吊頭連接，通過液壓油在油缸上下腔的施壓與排放、活塞桿在油缸中的伸縮對(duì)閘門實(shí)施推力或拉力，從而達(dá)到啟閉閘門的目的。啟閉機(jī)的液壓油為柔性工作介質(zhì)，可減輕閘門局部開啟時(shí)高速水流對(duì)閘門產(chǎn)生的振動(dòng)，有利于閘門的平穩(wěn)運(yùn)行。另一方面，液壓啟閉機(jī)采用的行程檢測裝置測量準(zhǔn)確，可真實(shí)反映閘門啟閉情況，并通過PLC可編程控制，實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)化控制。行程檢測裝置采集的信號(hào)可傳至遠(yuǎn)方集控室，為實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)方自動(dòng)化控制提供條件。 設(shè)有一扇弧形工作門，采用液壓啟閉機(jī)操作。液壓啟閉機(jī)由油缸、泵站和電控設(shè)備組成。液壓啟閉機(jī)總布置見（圖一）。 主要技術(shù)參數(shù)如下： 提升力 1000 KN 下壓力 400 KN 行 程 6000 mm 提升時(shí)最大油壓 17.5 Mpa 下壓時(shí)最大油壓 4.46 Mpa 油缸內(nèi)徑 340 mm 活塞桿直徑 200 mm 提升速度 0.66 m/min 下降速度 0.43 m/min 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 閘門運(yùn)行條件為動(dòng)水啟閉，并有局部開啟要求。閘門啟閉過程中要求油缸運(yùn)行平穩(wěn)，無爬行、抖動(dòng)等不良現(xiàn)象，并應(yīng)能使閘門可靠地停止在任何位置。液壓系統(tǒng)在滿足閘門運(yùn)行要求的前提下，應(yīng)簡單可靠且易于安裝、維修，并有完善的監(jiān)視、測量、控制和保護(hù)裝置。在系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)、液壓閥件選用等方面經(jīng)過分析比較，最終確定液壓系統(tǒng)原理圖（圖二）。 1. 液壓閥件 1） 液壓閥型式選擇 液壓閥的質(zhì)量直接影響到啟閉機(jī)的整機(jī)質(zhì)量。由于目前國產(chǎn)液壓滑閥存在加工質(zhì)量偏低、反應(yīng)靈敏性差、調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)定和漏油等情況，產(chǎn)品質(zhì)量尚難以保證。本設(shè)計(jì)采用的插裝閥技術(shù)，不失為既適合國情又滿足液壓元件高要求的行之有效的方法。 插裝閥技術(shù)是通過先導(dǎo)控制閥和插裝件在集成閥塊上的組合，得到方向、流量和壓力等各種功能控制。由于插裝閥采用錐面密封，靠閥芯與閥座形成線接觸密封，解決了閥組的泄漏問題。通過小通徑、常規(guī)閥作先導(dǎo)閥來控制高壓大流量的液壓系統(tǒng)，反應(yīng)靈敏，基本無泄漏，噪音低，易于實(shí)現(xiàn)啟閉機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠的要求。而且插裝件直接安裝在集成塊的閥孔內(nèi)，為無管連接，避免了與配管的泄漏。 1）主要閥件的作用 電磁溢流閥（序號(hào)A），其作用為保證油泵空載啟動(dòng)，并控制泵出口最高壓力，當(dāng)油壓超過預(yù)定值時(shí)，溢流閥卸荷，保證提門過程中油缸不超載運(yùn)行。考慮到水利工程啟閉機(jī)使用次數(shù)少，且運(yùn)行時(shí)間較短，其電磁換向閥采用常開式，即在非工作狀態(tài)和油泵空載啟動(dòng)時(shí)均不帶電，簡化了電氣回路，并保證即使誤操作啟動(dòng)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，油液可直接排入油箱，不對(duì)閘門產(chǎn)生任何影響。電磁換向閥僅在提門或閉門狀態(tài)帶電，帶電時(shí)間短，安全可靠。 先導(dǎo)三位四通換向閥（序號(hào)B），失電時(shí)保持在中位，其Y型機(jī)能使各閥件的液控回路處于卸荷狀態(tài)，避免停機(jī)后各閥件長期帶壓而降低其靈敏性，并保證油缸安全鎖定。先導(dǎo)換向閥電磁鐵2DT帶電時(shí)閘門提升，即錐閥2與錐閥4液控油路卸荷，壓力油通過錐閥2進(jìn)入油缸有桿腔，同時(shí)油缸無桿腔油液經(jīng)錐閥4排回油箱。錐閥1與錐閥3液控油路帶壓，其主油路關(guān)閉。同理，電磁鐵3DT帶電時(shí)閘門下降，錐閥1與錐閥3液控油路卸荷，兩錐閥主油路接通，壓力油通過錐閥3進(jìn)入油缸無桿腔，同時(shí)油缸有桿腔油液經(jīng)錐閥1排回油箱。同時(shí)錐閥2與錐閥4主油路關(guān)閉。 2.活塞桿的受壓保護(hù)回路設(shè)計(jì) 由于閘門下降是通過壓力油對(duì)油缸無桿腔施加一定的壓力進(jìn)行的，活塞桿作為受壓桿件其工作壓力必須控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。為防止閘門在下降過程中被卡，油泵仍在供油，致使油缸上腔油壓過高，導(dǎo)致活塞桿被壓彎，設(shè)計(jì)采用了機(jī)械與電氣相結(jié)合的雙重保護(hù)措施，即當(dāng)油壓超過設(shè)定值時(shí)，油缸上腔的先導(dǎo)溢流閥使錐閥4的進(jìn)出油口接通，控制液壓系統(tǒng)自動(dòng)泄荷，保證活塞桿的壓桿穩(wěn)定。同時(shí)可通過壓力繼電器超壓使啟閉機(jī)停止運(yùn)行。閘門關(guān)閉的極限保護(hù)則由開度儀與限位開關(guān)控制，溢流閥作為附加保護(hù)。這樣可以確保設(shè)備在任何工況下運(yùn)行安全可靠。 3.保證閘門平穩(wěn)下降的措施 閘門下降時(shí)，若油缸有桿腔油液直接卸荷或油壓很低，且閘門不受其他約束力限制的情況下，來自油缸活塞桿的壓力以及閘門自重使閘門下降速度不易控制，閘門不能平穩(wěn)運(yùn)行，甚至產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，直接威脅著閘門與啟閉機(jī)的安全。本液壓系統(tǒng)在下門回路中設(shè)置背壓閥，使有桿腔油液保持一定壓力以持住閘門自重，當(dāng)油缸有桿腔的壓力足以開啟背壓閥時(shí)，閘門才能關(guān)閉，從而使閘門的下降速度僅受油泵輸出流量的控制，實(shí)現(xiàn)閘門平穩(wěn)下降。 4．油缸鎖定回路設(shè)計(jì) 安裝在油缸有桿腔油口的鎖定閥，可使油缸在閘門全開或局部開啟狀態(tài)不受水流沖擊的影響，長期可靠地停止在任何位置；該閥還起到將油缸與油管隔離的作用，防止油管破裂時(shí)油缸下腔油液流出造成意外關(guān)門的事故。設(shè)計(jì)采用的簡易型鎖定閥，由液控單向閥與截止閥組合而成。鎖定閥液控回路與先導(dǎo)換向閥相連，平時(shí)先導(dǎo)換向閥的Y型機(jī)能使鎖定閥液控回路卸荷，油缸有桿腔油液不能排出，使油缸處于鎖定狀態(tài)，僅在下門時(shí)先導(dǎo)換向閥使其液控回路與壓力油接通，施壓打開單向閥，閘門才能下降。檢修油缸時(shí)關(guān)閉截止閥，可防止油缸內(nèi)油液外泄。 3 油缸密封件選用 由于國內(nèi)密封件材質(zhì)不穩(wěn)定，難以滿足水利工程的運(yùn)行要求。目前國內(nèi)水利工程液壓啟閉機(jī)油缸動(dòng)密封多采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)組合密封件，根據(jù)不同的工作壓力，選用相應(yīng)數(shù)量的V形密封圈重疊使用，并通過調(diào)節(jié)壓緊力，可獲得最佳的密封效果；當(dāng)活塞在偏心載荷或在偏心狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍能很好的密封。本工程液壓啟閉機(jī)油缸動(dòng)密封選用意大利CARCO公司生產(chǎn)的V型組合密封圈，其特點(diǎn)是密封性能好，高耐磨，低摩擦，抗老化，壽命可達(dá)15年以上。靜密封采用了美國URANUS公司的O型密封圈。 4 泵站設(shè)計(jì) 泵站是驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)行的動(dòng)力站，主要由電機(jī)-油泵組、控制閥組、液壓附件（油箱、濾油器、管道等）組成。泵站為整體式底架，電機(jī)-油泵組與油箱臥式布置，便于油泵對(duì)油液的自吸，防止電機(jī)-油泵運(yùn)行時(shí)振動(dòng)波及到油箱與閥件。整體底架使泵站成為一體，經(jīng)出廠驗(yàn)收調(diào)試后，運(yùn)輸與工地安裝均不須解體，保證了泵站各部件的裝配精度，減少安裝時(shí)對(duì)閥件、泵組的二次污染。整體式泵站安裝時(shí)僅需采用膨脹螺栓固定于泵房內(nèi)，方便快捷。 電機(jī)-油泵組將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能，是液壓啟閉機(jī)的“心臟”，因此油泵性能直接關(guān)系到啟閉機(jī)的整機(jī)質(zhì)量。設(shè)計(jì)采用A2F定量泵，為引進(jìn)德國海卓瑪?shù)倏斯炯夹g(shù)生產(chǎn)。該泵為斜軸式軸向柱塞泵，與直軸式泵相比，其自吸能力強(qiáng)，對(duì)油液的污染不甚敏感，啟動(dòng)效率高，使用壽命長，適合水電工程液壓啟閉機(jī)的運(yùn)行條件。 本工程啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)污染控制采用了較先進(jìn)的保護(hù)措施。液壓系統(tǒng)70%的故障來源于油液的不清潔，其中最主要的污染物為顆粒物、水、空氣等。油液的不清潔可造成元件堵塞與卡緊故障，導(dǎo)致動(dòng)作失靈；空氣中的水分進(jìn)入油液，可加速油液性能劣化，縮短油液的使用壽命，直接影響液壓系統(tǒng)的工作可靠性。對(duì)顆粒物的清除，設(shè)計(jì)采用高精度回油濾油器，油箱為全封閉型結(jié)構(gòu)；油箱及管道均采用不銹鋼材料。并嚴(yán)格控制啟閉機(jī)的安裝程序，對(duì)油箱、油管、閥件進(jìn)行循環(huán)沖洗，并對(duì)液壓油進(jìn)行反復(fù)過濾，要求清潔度不低于NAS9級(jí)，以減少油液污染的隱患。由于啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)油箱油位的上下波動(dòng)，油箱內(nèi)的空氣需要排出或補(bǔ)進(jìn)，為防止補(bǔ)氣時(shí)空氣中的水分進(jìn)入油箱，泵站采用的具有防潮功能的空氣濾清器，是在借鑒國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)開發(fā)研制的新產(chǎn)品。基本原理為閥件與干燥劑結(jié)合，使油箱既可方便空氣的進(jìn)出，又使進(jìn)入油箱的水分降低。該空氣濾清器技術(shù)先進(jìn)，防潮性能可靠。且干燥劑可重復(fù)使用。 5 閘門開度測量系統(tǒng) 閘門開度測量是否準(zhǔn)確，直接影響閘門的控制精度。本工程液壓啟閉機(jī)采用的閘門開度儀，是控制與顯示閘門開度的數(shù)字顯示自動(dòng)監(jiān)控儀，采用MCU和大規(guī)模集成電路作為中央處理單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制輸出。該設(shè)備由開度自動(dòng)控制儀、恒力自卷傳感器、附加遠(yuǎn)端顯示器和主令開關(guān)組成。傳感器采集閘門開度信號(hào)，送入自動(dòng)控制儀中，經(jīng)過變換、濾波和中央處理單元處理，顯示器顯示，繼電器控制。控制部分可預(yù)設(shè)多道閘門開度，開度的大小可由操作人員自定。為保證閘門運(yùn)行的安全可靠，該裝置安裝有數(shù)個(gè)主令開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)測量范圍的控制點(diǎn)，行程開關(guān)的發(fā)訊位置可方便地通過位置絲桿調(diào)整。主令開關(guān)作為備用的行程控制裝置，在傳感器失靈時(shí)，用以控制閘門的上、下極限位置，起保護(hù)作用。 高度傳感器由編碼器和連軸器等組成。編碼器可分為增量型和絕對(duì)值型兩種。增量型編碼器，在旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出與轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的電脈沖，停電時(shí)則無信號(hào)輸出，故無記憶功能；絕對(duì)值型編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)除輸出電脈沖信號(hào)外，同時(shí)輸出與位置對(duì)應(yīng)的數(shù)值信號(hào)，具有斷電記憶功能。設(shè)計(jì)采用絕對(duì)值型編碼器，保證在任何情況下，均可準(zhǔn)確紀(jì)錄閘門位置，提高了閘門的安全可靠性。 這種由編碼器與主令開關(guān)一體式的閘門開度儀，采用雙盤恒力彈簧收繩裝置，設(shè)有精密齒輪絲桿傳動(dòng)裝置，無需吊掛配重，對(duì)安裝空間沒有限制，可直接固定在油缸或機(jī)架上，便于調(diào)試與維修。 6 電氣自動(dòng)保護(hù) 針對(duì)閘門下沉復(fù)位、油泵啟動(dòng)保護(hù)、泵組故障等，系統(tǒng)均有完善的故障自動(dòng)保護(hù)和控制功能。 1. 閘門下沉復(fù)