1、贵港船闸闸门启闭系统设计浅析摘 要：本文浅析贵港船闸闸门启闭机布置、启闭力矩计算和液压系统的设计。 关键词：船闸 启闭系统 内置式行程检测装置 1.前言 船闸闸门启闭系统是确保船闸正常运行，保证水道畅通的关键。与泄洪系统和引水发电系统相比，通航船闸的液压启闭机有如下特点：运行频繁，启闭速度相对较大，设备故障率少，运行可靠，以满足航运船舶频繁过闸的需要。 2 . 1 . 2 启闭机平面布置 由于人字门阻力矩最大峰值产生在开门开始和关门结束两处，并且在开门开始时，启闭机的传动角最小，所以油缸支承中心的布置，首先要满足在开门开始时，启闭机的能力矩要大于启闭阻力矩；且考虑活塞行程尽可能短，启闭力及油压
2、适中，油缸摆动较小等特点和要求及与水工结构的关系，采用了如图 1 所示的布置方案。 2 . 1 . 3 启闭机启闭能力 根据图 1 所示的启闭机布置，当油缸最大推力为 1320 kN 时，启闭机的最小能力矩为 4152.72 kN.m， 启闭机的启闭能力见表 1。启闭机启闭能力矩及活塞杆轴力见图 2。 2 . 1 . 4 启闭机结构设计及参数 油缸设计工作压力为 17.0 Mpa，油缸内径 420mm，外径 490mm，活塞直径 240mm，活塞杆喷镀陶瓷，活塞杆设内置式行程检测装置。 关门平均速度：19.2 mm/s 关门平均流量：59.6 l/min 最大关门压力：12 Mpa （背压 2
3、.5Mpa） 开门平均速度：28.5 mm/s 开门平均流量：159.5 l/min 最大开门压力：15.4 Mpa （背压 1.2Mpa） 2 . 1 . 5 人字门启闭过程采用的启闭模式 2 . 2 充泄水阀门启闭机 2 . 2 . 1 设计参数 阀门自重 （包括吊重）：10.4 t 启闭力（已考虑富裕系数 K=1.2）：850 kN 开门总时间：6.0 8.0 min 关门总时间：2.0min 活塞有效工作行程：4000mm 2 . 2 . 2 启闭机结构设计及参数 油缸设计工作压力为 17.0 Mpa，油缸内径 320mm，外径 490mm，活塞直径 160mm。 关门平均速度：33.
4、3mm/s 关门平均流量：1601/min 最大关门压力：2.0 Mpa 开门平均速度：11.1 mm/s 开门平均流量：40.2 l/min 最大开门压力：14.0 Mpa 2 . 2 . 3 充泄阀门的启闭过程采用的启闭模式 3.液压系统设计 3 . 1 泵站设计 为便于加工制造、维护管理，船闸上、下闸首分别采用相同的启闭机和液压系统。全闸上、下闸首左、右两侧共设四个泵站。每个泵站选用二台变量柱塞泵，互为备用。油泵驱动电功率 55kW，转速 1450rpm. 3 . 2 系统设计 液压系统控制由五部分组成，分别控制系统压力与系统卸荷回路、人字门启闭机回路和充泄水阀门启闭机回路。系统设有一个
5、压力传感器和四个压力继电器，用于主系统和人字门启闭机及充泄水阀门启闭机开启或关闭压力超载报警。系统压力管路、回油管路，油箱油液过高或过低及油温超限均设报警装置。 3 . 3 系统工作原理 3 . 3 . 1 运行程序 人字门和充泄阀门的启闭过程均采用 变速慢开启（关闭）匀速快开启（关闭）变速慢开启（关闭）的启闭方式，即闸（阀）门开启或关闭的开始速度由零逐渐升到一定速度后匀速运行到预定位置后再减速运行至终点，到终点时速度减至零，这样的启闭方式使人字门启闭平缓，无冲击现象。液压系统原理图见（图 7） 。 3 . 3 . 2 工作原理 油泵空载启动：电机启动，YV0 失电，油泵维持小流量空载运转，系
6、统卸荷。 人字门关闭：慢关闭-快关闭-慢关闭-水位差合拢。慢关闭：电磁铁 YV0 YV1 YV6 同时得电，此时油泵流量在慢速区间由零增至 100%，系统压力油经插装阀进入人字门油缸无杆腔，有杆腔油经插装阀、回油单向阀及回油滤清器流回油箱。无杆腔压由 P1 设定。快关闭：当慢速关门结束后，人字门油缸行程传感器或时间设定发出讯号，YV0 YV1 YV8 得电，油泵为 100%供油，人字门处于快速关闭，回油经插装阀流回油箱，当快速关闭至设定位置时转为慢速关门 YV0 YV1 YV6 得电，YV8 失电，油泵流量由 100%减至零结束。 水位差合拢：当慢速关门结束触动行程开 XK1，电机及 YV0
7、YV1 失电，仅 YV6 得电，使有杆腔回油有 2.5Mpa，闸室冲水过程中，未完全关闭到位的人字门受前后水压差的作用，当此作用力引起有杆腔的压力大于 P6设定值时，有杆腔的油经插装阀流回油箱。无杆腔通过单向阀从油箱自吸补油。至人字门完全关闭，行程开头 XK5 发讯，YV6 失电，关门结束。 人字门开启：水位差自行开启-慢开启-快开启-慢开启水位差自行开启：当充水（或泄水）结束，出现超灌（或超泄）时，YV5 得电，油泵空载起动，无杆腔设定背压 P5=1.2Mpa，超灌（或超泄）引起的压力大于背压时，人字门自行开启，有杆腔从油箱自行补油，当开启触动 XK1 开关，转为慢开启-快开启-慢开启。 电
8、磁铁 YV0 YV2 YV5 同时得电，此时油泵流量在慢速区间由零增至100%，系统压力油经插装阀进入人字门油缸有杆腔，无杆腔油经插装阀（设定背压 1.2Mpa，P5） 、回油单向阀及回油滤清器流回油箱。无杆腔压由 P2 设定。当慢速开门结束后，人字门油缸行程传感器或时间设定发出讯号，YV0 YV2 YV7 得电，YV5 失电，油泵为 100%供油，人字门处于快速开启，回油经插装阀流回油箱，当快速开启至设定位置时转为慢速开启YV0 YV2 YV5 得电，YV7 失电，油泵流量由 100%减至零，触动行程XK2，YV0 YV2 YV5 失电，开关结束。 3 . 3 . 3 充泄水阀门启闭机运行程
9、序 充泄水阀门关闭：慢关闭-快关闭-慢关闭。慢关闭：电磁铁 YV0 YV4 YV9 得电，此时油泵流量在慢速区间（行程传感器或时间设定）由零增至100%，系统压力油经插装阀进入充泄水阀门油缸无杆腔，有杆腔油经插装阀、回油单向阀及回油滤清器流回油箱。无杆腔压由 P4 设定。快关闭：当慢速关门结束后，油泵为 100%供油，从而成为快速关闭，电磁铁动作不变，快速关闭到位后，行程传感器或时间设定发出讯号，转为慢速关闭，电磁铁动作不变，油泵流量由 100%减至零，触动行程 XK3，YV0 YV4 YV9 失电，开关结束。 充泄水阀门开启：慢开启-快开启-慢开启。慢开启：电磁铁 YV0 YV3 YV10
10、得电，此时油泵流量在慢速区间由零增至 24%，系统压力油经插装阀进入充泄水阀门油缸有杆腔，无杆腔油经插装阀流回油箱。有杆腔压由 P3 设定。快开启：当慢速关门结束后，油泵为 24%供油，从而成为快速开启，电磁铁动作不变，快速开启到位后，行程传感器或时间设定发出讯号，转为慢速开启，电磁铁动作不变，油泵流量由 24%减至零，触动行程 XK4，YV0 YV5 YV10 失电，开关结束。 4.主要经验与技术创新 人字门和充泄阀门的启闭过程均采用变速慢开启的启闭方式，改变以往启闭过程采用定速启闭的工作模式，减少人字门和充泄阀门在启闭过程对液压缸和液压系统的冲击。 液压控制系统集成化，采用内阻小、泄漏小、
11、工作可靠的插装阀。整个系统配置灵活，外观整齐，维护保养容易；标准化、通用化和集成化程度高等优点。 液压缸活塞杆是液压缸的重要部件，液压缸活塞杆在使用中会遭受磨粒冲刷，极易产生磨损。为提高活塞杆表面的耐磨性能，达到延长活塞杆使用寿命的效果，人字门启闭采用国外进口油缸，大大提高油缸使用寿命； 陶瓷活塞杆设内置式行程检测装置，精确检测活塞杆行程。其基体的检测段上等间距地设置有宽度与间距相等的沟槽，能精确检测人字门的开度，检测精度达到 1mm。 贵港船闸启闭系统遵循“安全可靠、经济实用、功能齐全、技术先进、外型美观、操作简单、维护方便”的原则进行设计。经过多项测试指标的考核和运行，表明船闸启闭系统的设计是合理的、先进的，达到国内先进水平，主要设备采用了世界目前先进技术。变速慢开启是一种可行的、较好运行模式，避免启闭机和液压系统在闸门全开和关终位置受冲击。贵港船闸启闭系统设计经验对类似项目有一定参考意义。 参考文献： 西江航运建设二期工程贵港航运枢纽初步设计报告R.广西：广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，1994.
