新型雙吊點液壓啟閉機的設(shè)計淺談

[摘要]啟閉機一股分螺桿式啟閉機、卷揚式啟閉機和液壓式啟閉機，液壓啟閉機與螺桿式及卷揚式啟閉機相比有著無以倫比的優(yōu)越性，在水利樞紐、航運船閘、電站、防洪防澇工程的使用上已逐步取代螺桿式及卷揚式啟閉機。隨著社會主義經(jīng)濟的發(fā)展及水利水電建設(shè)的需要，啟閉機的需求量也日益劇增。近年來，我國液壓技術(shù)發(fā)展迅速，液壓啟閉機也隨之得到了大力發(fā)展和廣闊應用。但實際應用情況表明，液壓啟閉機仍然存在許多困擾其發(fā)展、亟待解決的問題。

[關(guān)鍵詞]液壓啟閉機；雙吊點；控制；回路；同步；設(shè)計

液壓啟閉機是根據(jù)液體靜壓原理，利用液壓傳遞動力，啟閉閘門的液壓傳動機械。它具有很多優(yōu)點：液壓傳動容易獲得大的力或力矩；設(shè)備體積小，重量輕；易于實現(xiàn)無極調(diào)速和過載保護；工作平穩(wěn)，沖擊小，噪音小，自潤滑性好，磨損小，只要定期檢查和保持系統(tǒng)清潔度，就可長期穩(wěn)定的運行。是—種比較理想的閘門啟閉設(shè)備。

1、液壓啟閉機特點

液壓啟閉機由于采用了液壓傳動啟閉閘門，所以與其他機械傳動啟閉機相比有以下特點：

1）液壓啟閉機機械部件少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、重量輕、所占空間小，易于布置；

2）由于采用靜壓原理，利用較小的動力可得到很大作用力，所以它的啟閉容量大；

3）由于傳動介質(zhì)是液體，所以液壓啟閉機工作平穩(wěn)，緩沖性能好；

4）油液充滿油路系統(tǒng)，元件潤滑良好，磨損、腐蝕都極小，壽命長；

5）液壓啟閉機維修保養(yǎng)簡單，主要是保持油液的清潔，所以運行安全可靠；

6）由于采用標準液壓元件，所以易于實現(xiàn)標準化、系列化，而目與電器配合，易于實現(xiàn)自動化；

7）油缸需要專用機床鍛造加工，機加工精度高，相應造價也較高，啟閉速度小，油液容易泄漏，工作效率1%，礦物油液易于著火，對防火要求高等。

2、新型雙吊點液壓啟閉機的設(shè)計

2.1液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

啟閉機液壓控制系統(tǒng)是液壓啟閉機最重要的組成部分，控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求應包括以下幾點：

（1）在正常情況下，液壓啟閉機能平穩(wěn)安全地實現(xiàn)閘門的開啟、關(guān)閉及停留在一定高度（即閘門處于指定開度）；

（2）閘門處于開啟狀態(tài)或達到指定開度時，泵需卸荷，系統(tǒng)處于嚴格的保壓狀態(tài)，閘門不得發(fā)生下滑現(xiàn)象；

（3）意外斷電或發(fā)生特殊特殊情況時，能利用手動操作實現(xiàn)閘門的緊急關(guān)閉；

（4）兩只液壓缸的運行應保證一定的同步精度，不得出現(xiàn)閘門卡死等現(xiàn)象；

（5）保證液壓啟閉機能實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，容易調(diào)節(jié)閘門的系統(tǒng)壓力和閘門開啟、關(guān)閉的速度。

2.2同步控制回路設(shè)計

雙吊點液壓啟閉機是一臺對兩液壓缸同步精度要求非常高的大流量的液壓系統(tǒng)，其兩液壓缸同步精度直接影響著液壓啟閉機的整體性能。故雙吊點液壓啟閉機的同步控制回路設(shè)計尤其重要。

閉環(huán)同步控制回路通過對液壓缸的輸出進行檢測和反饋來構(gòu)成閉環(huán)控制，盡管系統(tǒng)組成復雜、成本高，但可得到較高的控制精度，特別是隨著現(xiàn)代控制理論、智能控制理論和計算機技術(shù)的發(fā)展。這種控制形式在高精度、自動化程度較高的液壓同步控制回路中得到廣泛的應用。

放油式閉環(huán)同步控制回路在液壓啟閉機的同步系統(tǒng)中采用較多，其工作原理是：當兩個液壓缸不同步時，將運行陜的缸中的油液通過電磁換向閥旁路到油箱，直到兩缸的同步誤差小于規(guī)定值時為止。而補油式閉環(huán)同步控制回路，其工作原理是：當兩個液壓缸不同步時，通過電磁換向閥向運行慢的缸中補充油液，直到兩缸的同步誤差小于規(guī)定值時為止。試驗和計算機仿真結(jié)果都證明補油式閉環(huán)同步控制回路對負載干擾力的適應能力強、壓力沖擊小、完成補油動態(tài)過渡過程所需時間短、補油同步陜，動態(tài)特性明顯優(yōu)于放油式閉環(huán)同步控制回路。

2.3壓力控制回路設(shè)計

壓力控制回路在液壓系統(tǒng)中在液壓系統(tǒng)中不可缺少，它是利用壓力控制閥來控制和調(diào)節(jié)整個液壓系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)局部油路上的工作壓力，以滿足液壓系統(tǒng)不同執(zhí)行元件對工作壓力的不同要求，保證執(zhí)行元件獲得所需要的力或力矩，合理使用功率并保證液壓系統(tǒng)安全可靠地工作。采用電液比例溢流閥實現(xiàn)的壓力控制回路，其可以根據(jù)負載需要實時調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力并呈一定規(guī)律控制，降低系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱量；同時，可以避免因壓力控制階躍變化而引起的壓力超調(diào)、振蕩以及液壓沖擊，并且可以實現(xiàn)空載啟動和過載保護作用。

2.4液壓源回路設(shè)計

液壓源回路是液壓系統(tǒng)中最基本且必不可少的一部分，其功能是向液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件提供壓力和流量。液壓啟閉機屬于高壓大功率設(shè)備，要求效率高，工作可靠。液壓啟閉機的液壓控制系統(tǒng)管路復雜，液壓元件多，能量損失大，因此選用變量柱塞泵。為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，采用兩套電機油泵組對稱布置的冗余設(shè)計，并在變量柱塞泵的出口處串聯(lián)以單向閥，防止液壓油倒流回油箱，兩個電機油泵組一個工作，另一個作為備用，安全可靠性大大提高。

2.5速度控制回路設(shè)計

比例方向調(diào)速回路有諸多優(yōu)點，故采用比例方向調(diào)速回路。液壓啟閉機液壓缸兩腔面積之比為2：1，為了提高閘門的關(guān)閉速度，采用差動增速回路。比例溢流閥控制系統(tǒng)每個工況下的壓力，比例方向閥在中位時，比例溢流閥開啟壓力為零，實現(xiàn)空載啟動；比例方向閥左位工作時，調(diào)節(jié)比例溢流閥開啟壓力大于順序閥的開啟壓力，控制油打開順序閥，壓力油進入有桿腔，無桿腔內(nèi)液壓油通過順序閥返回油箱，活塞桿縮回開啟閘門；比例方向閥右位工作時，調(diào)節(jié)比例溢流閥的開啟壓力小于順序閥的開啟壓力，壓力油進入無桿腔，因順序閥未能打開，有桿腔內(nèi)液壓油經(jīng)比例方向閥后返回無桿腔，實現(xiàn)差動增速回路。

2.6濾油回路設(shè)計

過濾器是液壓回路中一個重要的組成部分，主要作用是濾清外部混入或系統(tǒng)工作時內(nèi)部產(chǎn)生在液壓油中的固體雜質(zhì)，保持液壓油的清潔，延長液壓元件的使用壽面，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性。據(jù)資料統(tǒng)計，液壓系統(tǒng)故障有75%左右是油污造成的。在液壓啟閉機液壓控制系統(tǒng)中，首先得保證油箱里油液的清潔度，故在回油路上安裝高過濾精度回油過濾器，過濾進入油箱的雜質(zhì)；其次是為了保護柱塞泵，在柱塞泵吸油管路上安裝了吸油過濾器，防止雜質(zhì)等污染物進入液壓泵及系統(tǒng)；最后由于電液比例閥對油液的清潔度要求較高，而且考慮到此處過濾器要承受高壓，故在液壓泵的出口安裝一過濾器，保證電液比例閥工作安全可靠。

結(jié)語：

在新型雙吊點液壓啟閉機的設(shè)計中，電液比例技術(shù)是首選方法。電液比例技術(shù)控制原理簡單、可靠性高、性能良好、抗污染能力強、價格適中、控制精度和響應特性均能滿足液壓啟閉機實際要求，在國內(nèi)外工業(yè)控制中得到了廣闊的應用。因此，在液壓啟閉機控制系統(tǒng)中運用電液比例技術(shù)，是液壓啟閉機發(fā)展的趨勢，有很好的應用前景。