液壓啟閉機靜磁柵行程檢測裝置

□吳志強（南水北調中線建管局河南直管建管局）

1.概述

目前國內表孔弧門液壓啟閉機的行程檢測裝置的類型主要有：外置式鋼絲繩行程檢測裝置、內置式鋼絲繩行程檢測裝置、靜磁柵行程檢測裝置（圖1）、線性位移行程檢測裝置、陶瓷桿配套的CPMS 行程檢測裝置。

圖1 靜磁柵行程檢測裝置結構圖

南水北調表孔弧門液壓啟閉機活塞桿采用45 號鋼鍍鉻的行程檢測裝置,使用的檢測裝置有內置式鋼絲繩行程檢測裝置和靜磁柵行程檢測裝置。根據大量工程中對行程檢測裝置的使用經驗，行程檢測裝置是液壓啟閉機整體設備中關鍵部件，直接影響雙缸糾偏，使用頻率高，故障率相對較高。

2.兩種行程檢測裝置性能參數對比

內置式鋼絲繩行程檢測裝置檢修維護困難；靜磁柵行程檢測裝置也為外置式，但剛度較好，檢測精度也較好，維護便利。以下對采用的內置式鋼絲繩行程檢測裝置和靜磁柵行程檢測裝置的基本性能參數進行比較：

根據兩種產品的性能表，兩種產品基本性能都可以滿足工程的使用要求。

3.兩種行程檢測裝置安裝檢修維護的簡便性

內置式傳感器采用一端固定在油缸上蓋，另一端固定在活塞桿尾部的安裝型式。這種安裝型式傳感器相對安全，但檢修維護時相對繁瑣。如深孔、進水口等安裝型式，必須將活塞桿縮回至油缸端部，再拆除油缸上蓋上的傳感器，進行維修和更換，同時會導致液壓油的泄漏。而尾部支鉸的表孔弧門等安裝型式，檢修更為麻煩。如產生鋼絲繩斷裂的情況，必須將油缸從閘門上拆下，拆除上端蓋后進行維修或更換；同時鋼絲繩斷裂后，如油缸進行啟閉動作，可能會拉毛或損傷油缸的缸體。南水北調河北段的某些項目，采用的內置式鋼絲繩傳感器出現了較多的故障：一方面是傳感器檢修空間受限，另一方面當鋼絲繩出現斷裂時，必須將油缸從閘門上拆下，而因活塞桿吊頭長期泡水，給檢修工作帶來了很大的麻煩。

靜磁柵行程檢測裝置通過抱箍的型式直接固定于油缸的缸體和下吊頭上（見圖2），并且不與液壓油直接接觸，在需要檢修維護的時候，可以在不影響油缸使用的情況下直接將其拆下，維護簡單而方便。根據大量的工程實例，靜磁柵行程檢測裝置在調試結束后故障率較低，在實際的使用過程中基本可以實現傳感器部分的免維護。

圖2 靜磁柵行程檢測裝置安裝型式示意圖

4.靜磁柵行程檢測裝置介紹

4.1 靜磁柵閘門開度儀功能描述

靜磁柵閘門開度儀應用特有的靜磁柵直線絕對編碼技術，根據水利水電閘門開度測量的特點所研發的系列產品，屬數字化直線絕對位移傳感器。特別適用于船閘、航道、水庫等用于高精度、大量程閘門開度測量環境的使用。

靜磁柵位移檢測技術利用磁敏線性陣列縱向編碼方式，獲取毫米數量級的絕對檢測精度，懸浮無接觸，單邊有源，低功耗，因而，其傳感檢測單元，可以使用任何非磁性金屬材料（如鋁合金，銅，不銹鋼等）高度密封屏蔽，機械強度和適應惡劣環境的能力，比起其它位移檢測技術，具有特別顯著的優勢。

靜磁柵閘門開度儀屬外置式剛性結構直接測量直線絕對編碼器，核心部件是進口線性霍爾傳感器和進口超大規模集成電路，它由靜磁柵尺和測量桿兩部分構成。測量桿內封裝連續位移“強磁性條形碼”，靜磁柵尺為“精密磁性條形碼攝取裝置”。靜磁柵尺長1230mm，由安裝座固定安裝在油缸上，電纜由后部引出；測量桿使用工業級不銹鋼方管定制，前部裝有萬向關節軸承，利用前安裝座與油缸活塞桿前部連接，通過安裝在油缸上的不銹鋼導向套管導向，工作時隨著油缸的伸縮運動，不銹鋼測量桿對應在靜磁柵尺上做無接觸移動，靜磁柵尺上感應到閘門開度信號，直接測量活塞桿絕對位移，測量精度為1mm，產品結構簡單直觀，高度可靠。按照水利工程慣例，當活塞桿完全伸出時，開度為“0”mm，活塞桿完全縮進時，開度為最大值。

靜磁柵閘門開度儀采用外置沿油缸安裝方式。不銹鋼測量桿前端通過自潤滑關節軸承與活塞桿前部吊頭連接，靜磁柵尺通過不銹鋼螺絲安裝在油缸前部的支座上，不銹鋼測量桿和靜磁柵尺之間保持3～5mm 的間隙。靜磁柵尺上的屏蔽電纜直接連接至電控柜，整套傳感器可以直接長期置于水下工作，電氣接口形式多樣。

配合靜磁柵線性位移傳感器共同工作的是閘門開度測控儀，它將傳感器位移信號顯示在面板上，同時還可進行多項設置，例如：閉門位置，最高開啟位置，最大同步偏差，下滑100mm保護點，下滑200mm 保護點，機械安裝“零”點等，所有相關動作點都有相應繼電器觸點輸出。閘門開度測控儀還可由用戶指定選配信號遠傳輸出。

當油缸伸縮運動時，吊頭連接裝置帶動不銹鋼磁柵源測量桿作1：1 的運動，靜磁柵尺傳感的是直接的直線位移信號，靜磁柵尺上的屏蔽電纜將信號傳送至電氣控制系統。萬一出現故障，僅需拆除靜磁柵尺安裝螺絲，拆卸信號電纜，即可將靜磁柵尺取下維修，非常方便。

靜磁柵閘門開度儀產品機械結構簡單堅固直觀，是它可靠性得以顯著提高的重要基礎。靜磁柵閘門開度儀突出了剛性直接測量、精度較高的特點，適應多種閘門形式，新建工程和改造工程均能配套，還可提供水下運行產品。其不銹鋼磁柵源測量桿強度高、移動磨阻小、一次成形，防冰凍、防水中漂浮腐蝕物能力強；其靜磁柵尺外殼堅固，體積小，結構設計充分考慮了防水、防振動、防撞擊、防腐蝕等機械可靠性因素，電路設計則充分考慮了防雷、防靜電、防干擾、防過流、防過壓、防反接等電氣可靠性因素，為水利水電工程閘門開度測量提供了又一種新的選擇。

4.2 靜磁柵閘門開度儀防水性能分析

閘門開度儀是水利水電工程閘門關鍵傳感控制設備之一，使用環境的工況條件各不相同。其中，傳感部件長期浸沒在水下，且頻繁受到河道中各類漂浮物撞擊纏繞，要算較為惡劣的工況條件，涉及的閘門門型有液壓啟閉機雙吊點表孔弧形閘門，液壓啟閉機深孔平板閘門和部分攔蓄通航節制閘門等。

傳統鋼絲繩外置式閘門開度儀使用范圍廣，價格低廉，用量大，遇到上述惡劣工況條件時也會采用修補性的解決方案。而后，鋼絲繩閘門開度儀也發展了內置式結構形式，原理上，適應惡劣工況環境有了突出的進步，不過，內置式開度儀一旦發生故障，維修比較困難，實際工程案例已給予證明。

靜磁柵外置式閘門開度儀為剛性結構直線位移傳感器（也可方便地制作成弧線形式），采用數字化絕對編碼方式和良好的密封技術，多項成功應用案例中有不少處于惡劣工況環境的水利水電工程，客戶普遍持正面反映。