太浦閘活動(dòng)橋面液壓同步升降技術(shù)的應(yīng)用

(太湖流域管理局蘇州管理局，江蘇 蘇州 215011)

1 前 言

太浦閘修建于20世紀(jì)50年代，位于江蘇省蘇州市吳江區(qū)境內(nèi)，西距太湖約2.0km，是太湖流域骨干河道太浦河的泄洪及輸水建筑物。為改善太湖航行條件、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，2012年12月27日水利部批復(fù)太浦閘除險(xiǎn)加固工程10號(hào)節(jié)制閘孔變更為套閘的設(shè)計(jì)報(bào)告。為盡量減少對(duì)原設(shè)計(jì)的影響，控制土建投資和滿足船舶過閘凈空的要求，在不改變太浦閘原有任務(wù)和功能的前提下，將套閘交通橋設(shè)計(jì)成活動(dòng)橋面。

2 組成原理

太浦閘活動(dòng)橋面為單跨簡支鋼梁結(jié)構(gòu)，長12.9m、寬8.5m、高0.7m、重40.1t?；顒?dòng)橋面下部兩側(cè)閘墩各垂直安裝2個(gè)頂推力400kN、升降速度0.3m/min的液壓油缸，利用液壓同步升降系統(tǒng)使4個(gè)液壓油缸的活塞桿從0mm(2100m)同步伸出(收縮)至2100m(0mm)，帶動(dòng)活動(dòng)橋面平穩(wěn)升降。該液壓同步升降系統(tǒng)由液壓控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和手動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成，并具備多種安全保障措施。

2.1 液壓控制系統(tǒng)組成原理

液壓控制系統(tǒng)由油箱、電動(dòng)機(jī)、高壓油泵、溢流閥、電磁換向閥、橋式換向回路、電磁比例流量閥、液控單向閥和液壓油缸等主要元件組成。上升活動(dòng)橋面時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高壓油泵輸出液壓油，經(jīng)溢流閥溢流后產(chǎn)生12MPa的工作壓力油，工作壓力油經(jīng)電磁換向閥和橋式換向回路換向后，分4路通過電磁比例流量閥和液控單向閥進(jìn)入液壓油缸，此時(shí)4個(gè)活塞桿同步伸出，活動(dòng)橋面上升。下降活動(dòng)橋面時(shí)，經(jīng)溢流閥溢流產(chǎn)生2.5MPa工作壓力油經(jīng)電磁換向閥換向后，分4路打開液壓油缸的液控單向閥，4個(gè)液壓油缸內(nèi)的液壓油分別經(jīng)橋式換向回路和電磁換向閥換向后，通過電磁比例流量閥流回油箱，此時(shí)4個(gè)活塞桿在活動(dòng)橋面的重力下同步收縮，活動(dòng)橋面下降。液壓控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 液壓控制系統(tǒng)

2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成原理

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用于控制液壓元件，由工控機(jī)、觸摸屏、可編程邏輯控制器(PLC)、電子比例放大器、位移傳感器、壓力傳感器等主要部件組成。工控機(jī)用于遠(yuǎn)程控制，能實(shí)時(shí)顯示液壓元件的運(yùn)行情況(開度、高差、壓力等，下同)并記錄整個(gè)控制過程供以后查詢。觸摸屏用于現(xiàn)地控制，可輸入開度、高差和壓力等上下限控制參數(shù)并實(shí)時(shí)顯示液壓元件的運(yùn)行情況。PLC和4組(每個(gè)液壓油缸1組)位移傳感器、電子比例放大器、電磁比例流量閥構(gòu)成閉環(huán)控制，連續(xù)檢測(cè)4個(gè)液壓油缸之間的行程高差并自動(dòng)調(diào)整同步；當(dāng)某組的電子比例放大器或電磁比例流量閥出現(xiàn)故障，則打開該組橋式換向回路的高壓球閥，其他3組仍可連續(xù)檢測(cè)正常液壓油缸與故障液壓油缸之間的行程高差并自動(dòng)調(diào)整同步。閉環(huán)控制流程及計(jì)算機(jī)控制流程如圖2、圖3所示。

圖2 閉環(huán)控制流程

圖3 計(jì)算機(jī)控制流程

2.3 手動(dòng)控制系統(tǒng)組成原理

手動(dòng)控制系統(tǒng)在上述液壓、電氣元件的基礎(chǔ)上由控制按鈕、電磁換向閥手柄、單向節(jié)流閥和橋式換向回路的高壓球閥手柄等組成，手動(dòng)控制系統(tǒng)分“按鈕控制”和“手柄控制”兩種控制方式，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法正常使用時(shí)應(yīng)急升降活動(dòng)橋面?！鞍粹o控制”時(shí)，首先按高壓油泵的啟動(dòng)按鈕，延時(shí)10s后按液壓油缸的上升(下降)總按鈕，活動(dòng)橋面平穩(wěn)上升(下降)；在活動(dòng)橋面運(yùn)行過程中，當(dāng)4個(gè)液壓油缸的行程高差超過控制參數(shù)時(shí)，立即按液壓油缸的停止總按鈕，然后逐個(gè)點(diǎn)動(dòng)4個(gè)液壓油缸的調(diào)整按鈕使液壓油缸行程同步?！笆直刂啤睍r(shí)，首先打開4個(gè)高壓球閥手柄，接著按高壓油泵的啟動(dòng)按鈕，延時(shí)10s后根據(jù)活動(dòng)橋面上升(下降)的要求操作電磁換向閥換向手柄，活動(dòng)橋面平穩(wěn)上升(下降)；在活動(dòng)橋面運(yùn)行過程中，當(dāng)4個(gè)液壓油缸的行程高差超過控制參數(shù)時(shí)，逐個(gè)調(diào)整4個(gè)高壓球閥手柄使液壓油缸行程同步。

3 安全措施

由于太浦閘套閘用于船舶通航，涉及人員和船舶的生命、財(cái)產(chǎn)安全，活動(dòng)橋面升降的可靠性和船舶過閘的安全性至關(guān)重要。為此，液壓同步升降系統(tǒng)在PLC程序的設(shè)計(jì)和液壓元件硬件的配置中采取多項(xiàng)安全保障措施。

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)中的安全措施

a.活動(dòng)橋面上升(下降)過程中，位移傳感器連續(xù)檢測(cè)4個(gè)液壓油缸的行程，電磁比例流量閥自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，確保同步高差不大于10mm；當(dāng)同步高差大于20mm時(shí)報(bào)警，大于30mm時(shí)高壓油泵停止運(yùn)行。

b.活動(dòng)橋面上升(下降)過程中，4個(gè)位移傳感器中的任意1個(gè)因卡阻等故障導(dǎo)致液壓油缸位移數(shù)據(jù)停止變化5s時(shí)，高壓油泵停止運(yùn)行。

c.活動(dòng)橋面處于全開位置時(shí)，由于液壓油缸內(nèi)部泄漏導(dǎo)致下滑量達(dá)到100mm時(shí)，主高壓油泵啟動(dòng)將活動(dòng)橋面上升至全開位置；如主高壓油泵未能啟動(dòng)，繼續(xù)下滑量達(dá)到200mm時(shí)，副高壓油泵啟動(dòng)將活動(dòng)橋面上升至全開位置，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.2 液壓元件硬件配置中的安全措施

a.液壓系統(tǒng)管路中裝有油壓壓力傳感器，當(dāng)油壓超過額定壓力時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，達(dá)到最高壓力時(shí)高壓油泵停止運(yùn)行。

b.液壓油箱中裝有油溫傳感器和油位傳感器，當(dāng)油溫過高時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，油位過低時(shí)高壓油泵停止運(yùn)行。

c.由于活動(dòng)橋面下部的4個(gè)液壓油缸之間通過高壓橡膠軟管連接，一旦軟管爆裂后果不堪設(shè)想，為此每個(gè)液壓油缸的缸體上都裝有液控單向閥，可在故障時(shí)及時(shí)鎖定液壓油缸，確保活動(dòng)橋面不會(huì)下滑或傾斜。

4 注意事項(xiàng)

雖然太浦閘活動(dòng)橋面的液壓同步升降系統(tǒng)已經(jīng)在PLC程序的設(shè)計(jì)和液壓元件硬件的配置中采取了多項(xiàng)安全保障措施，但是在日常的運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)中還應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

4.1 運(yùn)行管理注意事項(xiàng)

a.同步升降系統(tǒng)必須配備經(jīng)過專門培訓(xùn)、考試合格、持證上崗的專業(yè)操作人員。

b.活動(dòng)橋面升降前，同步升降系統(tǒng)的軟、硬件均應(yīng)處于正常、可靠狀態(tài)，各崗位工作人員通信聯(lián)絡(luò)暢通。

c.活動(dòng)橋面升降過程中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法正常使用時(shí)，從手動(dòng)控制系統(tǒng)中選用“按鈕控制”或“手柄控制”方式進(jìn)行應(yīng)急控制。

d.活動(dòng)橋面升降過程中，嚴(yán)禁無關(guān)人員、車輛及船舶靠近，現(xiàn)場工作人員必須密切監(jiān)視活動(dòng)橋面的運(yùn)行工況。

e.活動(dòng)橋面升降到位、液壓油缸鎖定可靠后，閘室內(nèi)和交通橋上的船舶、人員、車輛才能通航或通行。

4.2 維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)

a.液壓油缸的位移傳感器安裝在室外，工作條件惡劣，必須采取防潮濕、防沙塵等措施，以免位移數(shù)據(jù)跳躍而影響活動(dòng)橋面的正常升降。

b.手動(dòng)控制系統(tǒng)“手柄控制”時(shí)，活動(dòng)橋面上升(下降)的同步高差依賴4個(gè)高壓球閥手柄的調(diào)整精度，因此日常維護(hù)保養(yǎng)時(shí)高壓球閥手柄精度的調(diào)整工作不容忽視。

c.PLC、位移傳感器、電子比例放大器和電磁比例流量閥構(gòu)成的閉環(huán)控制過程需要一定的時(shí)間，因此高壓油泵的流量和液壓油缸的速度不宜調(diào)整得過大、過快，否則活動(dòng)橋面在升降過程中容易發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象，從而影響同步精度。

5 結(jié) 語

太浦閘除險(xiǎn)加固工程自2014年9月16日完工移交運(yùn)行管理單位以來，活動(dòng)橋面已安全運(yùn)行百余次(含船舶通航和日常維護(hù))，實(shí)踐證明由液壓控制、計(jì)算機(jī)控制和手動(dòng)控制3種功能組成的同步升降系統(tǒng)是安全、可靠的，工程管理單位運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)方法是正確的。