三峽升船機防撞桁架下降速度異常分析

李 明,陳 新

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

1 鋼桁架工作原理

鋼桁架由鋼桁架結構、支鉸軸、支鉸軸套以及鎖定孔軸套等設備組成。鋼桁架主體結構為桁架形式。鋼桁架的一端鉸接在船廂一側主縱梁的外側，并可繞鉸軸在豎直平面旋轉，當鋼桁架處于下落位置時，鋼桁架另一端通過橡皮支座支承在船廂另一側主縱梁的內側。鋼桁架前端結構上設置了安裝鎖閂裝置的接口，后端設置了鎖定鋼桁架的鎖定孔。

鋼桁架啟閉裝置由啟閉油缸、支承座、關節軸承、連接軸、軸端擋板、剪力塊以及連接件等零部件組成。其中啟閉油缸為雙作用缸，采用兩端鉸支，其中一端鉸支在與船廂結構連接的支承座上，另一端鉸支在鋼桁架的吊耳上。鉸接點均使用自潤滑關節軸承。支承座與船廂結構通過螺栓連接，并且設置剪力塊。油缸上設行程檢測裝置，如圖1所示。

圖1 桁架裝置

目前，三峽升船機的防撞桁架下降過程中，均有缸旁平衡閥穩定動作速度，且均在接近下降到位時設置了減速措施，以使得防撞桁架下降平穩。

2 防撞桁架受力與仿真建模

依據防撞桁架的動作原理，建立液壓油缸及執行機構模型，如圖2所示。

注：p1、q1為桁架油缸無桿腔壓力和流量；p2、q2為桁架油缸有桿腔壓力和流量；G1、G2為桁架支鉸中心兩側的桁架自重；f為桁架支鉸處的阻力。

圖2桁架受力模型

依據防撞桁架液壓系統原理，結合桁架機構動作原理和自動控制程序，建立AMESim近似模型[1-4]，如圖3所示。

圖3 桁架AMESim建模

3 桁架下降速度影響因素計算分析與仿真

3.1 改變有桿腔回油路的節流口面積A

液壓油缸缸旁均有平衡閥和溢流閥，節流口的通流面積大小可以改變液壓系統的液阻和流量，由流體力學可知，流經節流口的流量-壓力特性方程[5]為：

(1)

式中：q為節流口流量；Cd為閥口流量系數；ρ為流體密度；A為節流口截面積；Δp為節流口前后壓差；m為節流口特征指數。

當系統中某一點的其他因素不變，可認為流量q是與通流截面積A有關的單一函數：

q=f(A)

(2)

仿真分析結果如圖4所示，油缸行程變化特點與上述一致。

圖4 油缸行程變化

3.2 改變防撞桁架的摩擦阻力f

桁架下降過程中，由受力分析，防撞桁架的運動方程為：

(3)

定義角度β與防撞桁架轉動角度θ、油缸活塞桿行程x的關系為：

(4)

則當f變大時，油缸無桿腔進油口的壓力p1會增大，當p1超過系統溢流保護閥設定的壓力值時，系統產生溢流，q1減小。

(5)

仿真分析如圖5所示。f1

圖5 系統壓力變化

3.3 改變防撞桁架的減速行程點

由防撞桁架下降時的受力分析方程，以及防撞桁架下降到位時終點行程值是固定值這一特點，推得桁架減速下降時的運動學方程：

(6)

式中：x、xs、θ為桁架在時間t內的初始行程、結束行程、轉動角度；l1為桁架在轉動支鉸一側的長度。

防撞桁架下降時的角速度方程為：

(7)

當有減速行程點x1和x2時，且x1

仿真分析如圖6所示。x1

圖6 油缸行程變化

4 結語

1)由防撞桁架受力建模計算及分析，回油路節流口面積、外負載阻力、控制程序均會影響防撞桁架下降的速度和時間，節流口面積增大會使防撞桁架下降速度變快，外負載阻力增大會使防撞桁架下降時間延長，控制程序對減速點的設定值增大會使防撞桁架下降速度變快、下降時間縮短，都會造成速度異常故障。

2)由防撞桁架AMESim建模分析，仿真數據曲線特點基本與分析一致，能夠幫助掌握相關變量變化對防撞桁架下降速度的影響規律，對桁架速度異常問題的解決起到積極作用。