船閘液壓系統(tǒng)的研究

宋建華

【摘 要】液壓系統(tǒng)在船閘領域應用廣泛，船閘的閘閥門啟閉大多采用液壓控制。該文對九圩港船閘的液壓系統(tǒng)進行了研究，了解了液壓系統(tǒng)的結構組成，并對液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行了分析。

【關鍵詞】液壓系統(tǒng)；船閘；結構組成；優(yōu)缺點

0 引言

江蘇省九圩港船閘位于南通市西郊，上連通揚、通呂運河，下接長江，是南通及蘇北地區(qū)連接內(nèi)河與長江的重要交通樞紐。作為沿江口門的繁忙船閘，閘閥門的持續(xù)運行對全所的安全生產(chǎn)至關重要。

九圩港船閘共有四臺液壓啟閉機，分別控制四扇閘門和四扇閥門。閘門自重45-55噸，閘門啟閉油缸長4.8米，內(nèi)徑280毫米，水平推動開關閘門；閥門自重5噸，閥門啟閉油缸長4.2米，內(nèi)徑280毫米，垂直升降開關閥門。因此必須有一套完整的液壓系統(tǒng)，來完成整項控制工作。

1 液壓系統(tǒng)

1.1 液壓系統(tǒng)的組成

一個完整的液壓系統(tǒng)由液壓傳動系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和液壓油組成。液壓傳動系統(tǒng)，以傳遞動力和運動為主要功能。液壓控制系統(tǒng)，則要使液壓系統(tǒng)輸出滿足特定的性能和要求。

1.2 液壓傳動系統(tǒng)

液壓傳動系統(tǒng)由動力元件和執(zhí)行元件組成。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)化成液體的壓力能，主要指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等。九圩港船閘使用的是電動機帶動柱塞泵提供壓力能。執(zhí)行元件如液壓缸等，是將液體的壓力能，轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載直線往復運動。

1.3 液壓控制系統(tǒng)

1.3.1 液壓控制系統(tǒng)的組成

液壓控制系統(tǒng)有控制元件、輔助原件（附件）組成。控制元件既各種液壓閥。在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。各類液壓閥雖然形式不同，控制的功能各有所異，但都具有共性。首先，在結構上，所有的閥都有閥體，閥芯和驅(qū)動閥芯動作的元部件等組成。其次，在工作原理上，所有閥的閥口大小，閥進出油口的壓差以及通過閥的流量之間的關系都符合孔口流量公式。只是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。壓力閥控制的是壓力，流量閥控制的是流量等。因而，根據(jù)其內(nèi)在的聯(lián)系，外部特征，結構和用途的不同，可將液壓閥按不同的方式進行分類。液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥包括溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、分流集流閥等。方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括油箱、濾油器、加熱器、油管及管接頭、密封圈、高壓球閥、膠管總成、壓力表、油位計、油溫計等。

1.3.2 液壓閥的連接

液壓閥的連接有管式，板式，集成式。由于管式，板式，由于連接方式中存在管路復雜等一些問題，在生產(chǎn)中發(fā)展了液壓裝置的集成化。集成塊式是集成化中的一種方式，集成塊是一種替代管路把原件連接起來的六面連接體。在連接體內(nèi)，根據(jù)各控制油路設計加工出所需要的油路通道。閥裝在集成塊的周圍。集成塊的上下面是塊與塊的結合面，在結合面上加工有相同位置的壓力油孔、回油孔、泄漏油孔及安裝螺栓孔。有時還有測壓油孔路。集成塊與裝在其周圍的閥類元件，構成一個集成塊組。可以完成一定典型回路的功能。將幾種所需的集成塊疊加在一起，就可構成整個集成塊的液壓傳動系統(tǒng)。集成塊方式不僅結構緊湊，占地面積小，而且便于裝卸和維修，并具有標準化、系列化的產(chǎn)品。但其設計工作量大，加工工藝復雜，不能隨意修改系統(tǒng)。

插裝閥又稱為插裝式二位二通閥，在高壓大流量的液壓系統(tǒng)中應用廣泛，由于插裝式元件已經(jīng)標準化，將幾個插裝式元件組合一下便可組成復合閥。它和普通液壓閥相比具有以下優(yōu)點：一是通流能力大，特別適用于大流量的場合；二是閥芯動作靈敏，抗阻塞能力強，三是密封性好，泄露小，油液經(jīng)閥口壓力損失小，四是結構簡單，易于實現(xiàn)標準化。目前九圩港船閘液壓控制系統(tǒng)就是利用集成塊將插裝閥組合成復合閥，確實做到閥體功能全面，結構簡單，通流能力大，抗阻塞能力強，泄露小等特點。

1.4 液壓油

液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油和合成型液壓油等幾大類。液壓的品質(zhì)對液壓系統(tǒng)的運行有很大的影響。若液壓油內(nèi)有雜質(zhì)，很容易阻塞管路和設備，繼而引發(fā)故障。九圩港船閘目前使用的液壓油為LHM46抗磨液壓油，為航天級品質(zhì)液壓油，能夠滿足運行的需要。

2 液壓啟閉機

2.1 液壓啟閉機

液壓啟閉機一般由液壓系統(tǒng)和液壓缸組成。在液壓系統(tǒng)的控制下，液壓缸內(nèi)的活塞體沿內(nèi)壁做軸向往復運動，從而帶動連接在活塞上的連桿和閘閥門做直線運動，以達到開啟、關閉的作用。

2.2 液壓缸和密封裝置

液壓缸有單桿和雙桿活塞式液壓缸，目前九圩港船閘使用的液壓缸為單桿活塞式液壓缸，差動式往復運動來啟閉閘閥門。如果向單桿活塞缸的左右兩腔同時通液壓油，即所謂差動連接，做差動連接的單桿液壓缸稱為差動缸。開始工作時差動缸左右兩腔的油液壓力相同，但由于無桿腔的有效面積大于有桿腔的有效面積，故活塞向無桿腔移動。同時無桿腔中排出的油液也進入無桿腔，加大了流入無桿腔的流量。從而加快了活塞桿的運動速度。差動連接時液壓缸的推力比非差動連接時小，速度比非差動連接時大。正好利用這一點，可使活塞在不加大液壓油的流量的情況下，得到較快的運動速度。當液壓缸驅(qū)動的工作部件質(zhì)量較大，移動速度較快時，由于具有的動量大，致使在行程終了時，容易發(fā)生液壓沖擊和噪聲，甚至嚴重影響工作精度和引起整個系統(tǒng)和元件的損壞，為此在大型和高速或要求較高的液壓缸中，往往要設置緩沖裝置。盡管液壓缸中的緩沖裝置結構形式很多，但它的工作原理是相同的，即當活塞行程到終點接近的缸蓋時。增大液壓缸回油阻力，使回油腔產(chǎn)生足夠大的緩沖力，使活塞減速，從而防止活塞撞擊缸蓋。

液壓缸的密封裝置用來防止油液的泄漏，主要有活塞和活塞桿的Y型動密封及缸蓋處及各閥件的O型靜密封。液壓缸一般不允許外泄和內(nèi)泄。閥門不允許內(nèi)泄（閥門內(nèi)泄會造成閘門無法開啟，電路中有設置，這里不談），所以密封裝置設計的好壞，對于液壓的靜、動態(tài)性能有著重要的影響。

3 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點

3.1 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點

液壓系統(tǒng)的優(yōu)點有：體積小重量輕；剛度大精度高響應快；驅(qū)動力到適合重載直接驅(qū)動；調(diào)節(jié)范圍寬速度控制方式多樣；自潤滑自冷卻和長壽命；易于實現(xiàn)安全保護。

3.3 液壓系統(tǒng)的缺點

液壓系統(tǒng)的缺點有：抗工作液污染能力差；對溫度變化敏感；存在泄漏隱患；制造難、成本高；不適合遠距離傳輸液壓能；有一定的壓力損失、空穴現(xiàn)象、氣濁現(xiàn)象或發(fā)生液壓沖擊。

其中，空穴現(xiàn)象是指，如果液壓系統(tǒng)中滲入空氣，液體中的氣泡隨著液流運動到壓力較高的區(qū)域時，氣泡在較高壓力作用下將迅速破裂，從而引起局部液壓沖擊。造成噪聲和振動。另外，由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性，降低了油管的通油能力，造成流量和壓力的波動，使液壓元件承受沖擊載荷，影響其使用壽命。

因此，在液壓系統(tǒng)運行過程中，定期的檢查和維護是比不可少的，發(fā)現(xiàn)任何隱患都應立即處理，以防系統(tǒng)和設備的損壞。

4 結束語

通過了解液壓系統(tǒng)、液壓啟閉機以及液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點，可以認為九圩港船閘的液壓系統(tǒng)是比較完善的。但經(jīng)多年使用發(fā)現(xiàn)，其液壓啟閉機的液壓缸緩沖裝置主要部件是液壓系統(tǒng)總溢流閥，它的系統(tǒng)工作壓力大，雖然能起到一定的緩沖起到一定作用，但沖擊壓力仍然達到工作壓力的2-3倍。為更好的降低液壓沖擊，船閘技術人員通過電路部分控制，用變頻器在剛啟動和快要到位時，降低電動機速度，使油泵供油減少，從而降低活塞桿速度，降低了緩沖壓力。此類利用電路補充液壓系統(tǒng)不足的研究，會成為一個新的熱點。

【參考文獻】

[1]官忠范主編.液壓傳動系統(tǒng)（第3版）普通高等教育機電類規(guī)劃教材2011.7.1機械工業(yè)出版社.

[2]張利平編著.液壓傳動系統(tǒng)設計與使用維護，2014.8.1化學工業(yè)出版社.endprint