雙吊點液壓啟閉機同步控制的研究

何開振+羅小紅

摘? 要：主要針對雙吊點液壓啟閉機同步控制展開了研究，通過結合具體的工程實例，對系統的同步控制原理進行了詳細的闡述，并在分析同步控制應用存在問題的基礎上，提出了一系列的處理措施，以供參考。

關鍵詞：水利工程;液壓啟閉機;同步控制;糾偏系統

中圖分類號：TV664.2;TH137??? 文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0001-02

所謂的“液壓啟閉機”，一般由液壓系統和液壓缸組成，其工作原理是在液壓系統的控制下，液壓缸內的活塞體內壁做軸向往復運動，從而帶動連接在活塞上的連桿和閘門做直線運動，以達到開啟、關閉孔口的目的。而液壓啟閉機能否在實際工作中同步運行，是目前液壓啟閉機應用的一大難題。基于此，本文就雙吊點液壓啟閉機同步控制進行了研究。

1? 工程概況

水利工程是保證社會經濟可持續發展的重要基礎設施項目，由調蓄水池、取水樞紐和供水管道三部分組成，主要任務為防洪、工業供水等。樞紐工程控制流域面積為976 km2，取水樞紐大壩為混凝土重力壩，最大壩高36.9 m，總庫容7.43×106 m3，年供水量6.5×106 m3。樞紐泄洪建筑物設計方案為2孔泄流底孔加3孔溢流表孔方案。

溢流表孔工作閘門3孔，單孔寬12 m，設計水頭8.1 m。閘門型式為露頂式斜支臂弧形閘門，閘門高8.6 m，曲率半徑為12 m，支鉸位置距底板以上高度為6 m，閘門自重50 t。采用雙吊點液壓啟閉機起吊，依靠閘門自重閉門，液壓啟閉機選用型號為QHLY2×1 000 kN-6.5 m液壓式啟閉機，吊點距離11.0 m。

沖沙底孔工作閘門2孔，單孔寬6 m，高5.3 m，設計水頭20.0 m。閘門型式為潛孔式斜支臂弧形閘門，閘門曲率半徑為10 m，支鉸位置距地板以上高度7 m，閘門自重70 t。采用雙吊點液壓啟閉機起吊，依靠閘門自重閉門，液壓啟閉機選用型號為QHLY2×1 000 kN-5.6 m液壓式啟閉機，吊點距離5.0 m。

溢流表孔、沖沙底孔液壓啟閉機油泵系統布置在溢流表孔左側（如圖1所示），內設2套泵站液壓系統，每套泵站設2套互為備用的油泵電機組，每臺電機功率為55 kW，分別控制溢流表孔工作閘門和沖沙底孔閘門。輸油和回油管路從油泵室引向各閘門的控制閥組，再引向油缸。

圖1? 液壓啟閉機平面布置圖

2? 系統的同步控制原理

為了控制雙油缸液壓啟閉機在運行中兩只活塞桿的行程偏差，要在液壓系統中設置流量控制的糾偏回路，以滿足閘門同步運行的要求。目前液壓系統糾偏回路的主要形式有旁路放油回路、比例調速閥回路、伺服閥回路和比例變量泵回路。通過比較發現，旁路放油回路操作簡單方便、經濟實用、成本相對較小、維修方便，因此，坪底供水工程液壓啟閉機的同步控制采用了旁路放油回路的方案。

旁路糾偏同步控制系統的原理為：①液壓系統通過兩組調速回路將主油路分成兩路進入閘門兩側的油缸，依靠控制油缸的進出油量來控制兩側油缸的基本同步。由于閘門運行過程中存在一些不確定因素，因此，當兩側油缸不同步時，就需要依靠旁路糾偏系統來調整兩側油缸的進出油量，保持兩側油缸的同步。②通過閘門開度檢測裝置將信號傳送至PLC（可編程控制器Programmable Logic Controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置），利用PLC輸出的開關信號控制盤路糾偏系統。③當旁路糾偏系統接收到PLC發出的糾偏信號后，就會使閘門啟閉運行過程中相對較高的油缸放油，從而控制兩側油缸的行程差，消除偏差。放油后，當兩側油缸的行程達到設定值時，PLC就會發出信號停止糾偏。需要注意的是，電氣控制系統中設置了糾偏電動按鈕，當自動同步糾偏超差大于最大設定值時，操作人員就要在現場控制單元采用“點動”控制功能實施手動糾偏，達到同步。

3? 糾偏方案的應用

由于旁路放油回路具有操作簡單方便、經濟實用、成本相對較小、維修方便等優點，因此，坪底供水工程取水樞紐液壓啟閉機的同步控制采用了旁路放油回路的方案。在閘門啟閉過程中，閘門開度和行程控制裝置全程連續檢測兩只油缸的行程偏差，當偏差值≥10 mm時，電磁閥會自動得電，電氣控制系統就接通旁路放油回路中的電磁換向閥的電磁線圈，將進入活塞桿行程較大一只油缸的流量放掉一部分，從而減少或消除兩只油缸活塞桿的行程差，使閘門同步。當兩只油缸的行程偏差值≥20 mm時，液壓系統會自動停機，發出報警信號，然后根據工程實際情況現場調定。手動操作時可直接操作糾偏鈕進行同步控制。

4? 工程應用中的主要問題

在本工程所應用的雙吊點液壓啟閉機運行中，兩只活塞桿的行程因受諸多因素的影響而產生了差異，存在雙吊點液壓啟閉機不同步的問題。主要有以下幾個方面的原因：①閘門的整體剛度不夠，在安裝過程閘門發生了細微變形。②閘門側導向裝置布置中水封的摩擦比較大。③現場管路的布置無法做到完全對稱。④選擇的同步糾偏的傳感裝置檢測精度有限，安裝工藝精確度未到達理想的水平。⑤當兩只液壓缸的活塞桿行程差達到其設定的糾偏起調值時（此系統的起調值為10 mm），電氣控制系統就會接通旁路放油回路中的電磁換向閥的電磁線圈，將進入活塞桿行程較大一只油缸的流量放掉一部分，從而減少或消除兩只油缸活塞桿的行程差。但當系統中起放油作用的電磁換向閥頻繁地突然開啟和關閉時，將會導致液壓系統的壓力突變，這將引起系統的震動和噪聲，不僅會影響活塞桿行程和行程差的準確檢測，還會導致缸旁閥組中液控單向閥的開度不穩定。

5? 處理方法

針對上述問題可采取的處理方法主要有以下幾種：①外置鋼絲繩檢測裝置，并采用絕對型光電編碼器讀取閘門開度數值。

外置鋼絲繩檢測裝置由殼體、恒力彈簧、不銹鋼絲繩、卷筒、彈簧卷輪、主軸和絕對型光電編碼器等組成。開度檢測利用恒力彈簧加不銹鋼絲繩收卷機構將線性位移運動轉為旋轉運動，帶動絕對型旋轉編碼器旋轉。通過PLC換算，檢測閘門的開度，檢測裝置內設全開、全關限位開關，控制閘門的全開、全關位置，保證閘門開關安全。絕對型編碼器采用進口高精度產品，檢測傳感器分辨率小于0.1 mm，防護等級為IP65，數字顯示閘門開度值，并輸出位置信號。這種編碼器不受停電和外界干擾的影響，只要給電就能讀取停留在任意位置上的實際數值。②在實施過程中，由于液壓泵站為油箱、油泵、電機組一體式結構，因此，油箱、泵電機組要嚴格按照液壓系統平面布置設計圖進行安裝、固定，以避免因液壓系統泵站管道和元件外泄露等故障引起的檢測數據不準確現象。對于其他閥件，要嚴格按照相關規范進行安裝調試。③在旁路放油回路中的電磁換向閥前放置一個疊加式的雙單向節流閥，能有效避免因放油電磁換向閥突然開啟或關閉給系統帶來的壓力沖擊，使系統性能得到有效的改善。

6? 結束語

綜上所述，液壓啟閉機適用于水利水電、航運船閘等工程中各種閘門的啟閉，其中，同步控制的應用起到了非常重要的作用，直接關系著水利水電、航運船閘等工程的運行安全。因此，必須重視對液壓啟閉機同步控制系統的設計，以保障機器同步控制的正常應用。

參考文獻

[1]田勇，周岸，董彬，等.雙吊點液壓啟閉機電液比例同步系統研究[J].機床與液壓，2007（11）.

[2]寧辰校，張戌社，羅占興.液壓啟閉機同步控制研究[J].液壓與氣動，2012（12）.

〔編輯：王霞〕

Research Twin-lift Hydraulic Hoist Synchronous Control

He Kaizhen， Luo Xiaohong

Abstract： The main point for double hanging Hydraulic Synchronization Control launched a research project through a combination of specific examples， the principles of synchronous control system was elaborated and applied in the analysis of synchronization control problems， the proposed a series of measures to deal with， for reference.

Key words： hydraulic engineering; hydraulic headstock gear; synchronous control; correction system

5? 處理方法

針對上述問題可采取的處理方法主要有以下幾種：①外置鋼絲繩檢測裝置，并采用絕對型光電編碼器讀取閘門開度數值。

外置鋼絲繩檢測裝置由殼體、恒力彈簧、不銹鋼絲繩、卷筒、彈簧卷輪、主軸和絕對型光電編碼器等組成。開度檢測利用恒力彈簧加不銹鋼絲繩收卷機構將線性位移運動轉為旋轉運動，帶動絕對型旋轉編碼器旋轉。通過PLC換算，檢測閘門的開度，檢測裝置內設全開、全關限位開關，控制閘門的全開、全關位置，保證閘門開關安全。絕對型編碼器采用進口高精度產品，檢測傳感器分辨率小于0.1 mm，防護等級為IP65，數字顯示閘門開度值，并輸出位置信號。這種編碼器不受停電和外界干擾的影響，只要給電就能讀取停留在任意位置上的實際數值。②在實施過程中，由于液壓泵站為油箱、油泵、電機組一體式結構，因此，油箱、泵電機組要嚴格按照液壓系統平面布置設計圖進行安裝、固定，以避免因液壓系統泵站管道和元件外泄露等故障引起的檢測數據不準確現象。對于其他閥件，要嚴格按照相關規范進行安裝調試。③在旁路放油回路中的電磁換向閥前放置一個疊加式的雙單向節流閥，能有效避免因放油電磁換向閥突然開啟或關閉給系統帶來的壓力沖擊，使系統性能得到有效的改善。

6? 結束語

綜上所述，液壓啟閉機適用于水利水電、航運船閘等工程中各種閘門的啟閉，其中，同步控制的應用起到了非常重要的作用，直接關系著水利水電、航運船閘等工程的運行安全。因此，必須重視對液壓啟閉機同步控制系統的設計，以保障機器同步控制的正常應用。

參考文獻

[1]田勇，周岸，董彬，等.雙吊點液壓啟閉機電液比例同步系統研究[J].機床與液壓，2007（11）.

[2]寧辰校，張戌社，羅占興.液壓啟閉機同步控制研究[J].液壓與氣動，2012（12）.

〔編輯：王霞〕

Research Twin-lift Hydraulic Hoist Synchronous Control

He Kaizhen， Luo Xiaohong

Abstract： The main point for double hanging Hydraulic Synchronization Control launched a research project through a combination of specific examples， the principles of synchronous control system was elaborated and applied in the analysis of synchronization control problems， the proposed a series of measures to deal with， for reference.

Key words： hydraulic engineering; hydraulic headstock gear; synchronous control; correction system

5? 處理方法

針對上述問題可采取的處理方法主要有以下幾種：①外置鋼絲繩檢測裝置，并采用絕對型光電編碼器讀取閘門開度數值。

外置鋼絲繩檢測裝置由殼體、恒力彈簧、不銹鋼絲繩、卷筒、彈簧卷輪、主軸和絕對型光電編碼器等組成。開度檢測利用恒力彈簧加不銹鋼絲繩收卷機構將線性位移運動轉為旋轉運動，帶動絕對型旋轉編碼器旋轉。通過PLC換算，檢測閘門的開度，檢測裝置內設全開、全關限位開關，控制閘門的全開、全關位置，保證閘門開關安全。絕對型編碼器采用進口高精度產品，檢測傳感器分辨率小于0.1 mm，防護等級為IP65，數字顯示閘門開度值，并輸出位置信號。這種編碼器不受停電和外界干擾的影響，只要給電就能讀取停留在任意位置上的實際數值。②在實施過程中，由于液壓泵站為油箱、油泵、電機組一體式結構，因此，油箱、泵電機組要嚴格按照液壓系統平面布置設計圖進行安裝、固定，以避免因液壓系統泵站管道和元件外泄露等故障引起的檢測數據不準確現象。對于其他閥件，要嚴格按照相關規范進行安裝調試。③在旁路放油回路中的電磁換向閥前放置一個疊加式的雙單向節流閥，能有效避免因放油電磁換向閥突然開啟或關閉給系統帶來的壓力沖擊，使系統性能得到有效的改善。

6? 結束語

綜上所述，液壓啟閉機適用于水利水電、航運船閘等工程中各種閘門的啟閉，其中，同步控制的應用起到了非常重要的作用，直接關系著水利水電、航運船閘等工程的運行安全。因此，必須重視對液壓啟閉機同步控制系統的設計，以保障機器同步控制的正常應用。

參考文獻

[1]田勇，周岸，董彬，等.雙吊點液壓啟閉機電液比例同步系統研究[J].機床與液壓，2007（11）.

[2]寧辰校，張戌社，羅占興.液壓啟閉機同步控制研究[J].液壓與氣動，2012（12）.

〔編輯：王霞〕

Research Twin-lift Hydraulic Hoist Synchronous Control

He Kaizhen， Luo Xiaohong

Abstract： The main point for double hanging Hydraulic Synchronization Control launched a research project through a combination of specific examples， the principles of synchronous control system was elaborated and applied in the analysis of synchronization control problems， the proposed a series of measures to deal with， for reference.

Key words： hydraulic engineering; hydraulic headstock gear; synchronous control; correction system