基于某單級船閘人字門頂樞處位置傳感器的優化設計

王雪萍，邊 級，喬小東

（長江三峽通航管理局，湖北宜昌 443002）

0 引言

國務院“十二五”對內河水發展的任務指示[1]，結合自動化技術不斷發展及船舶過閘需求持續增長的背景，位置傳感器在船舶過閘任務日益繁忙的新形勢下發揮著至關重要的作用[2]。

屈斌介紹了水位、位移和位置傳感器的工作方式，分析了傳感器系統運行工藝在提高船閘運行效率中的有效性與直接性[3-4]。鄭航研究了人字門新型固門工裝新裝置，分析了新裝置對節約施工時間和空間的深遠影響意義[5]。為此，設計一種人字門頂樞處的位置傳感器集成化裝置，分析了傳統位置檢測傳感器的結構和分布形式。結合新裝置在人字門中的結構特點與優勢，解決人字門頂樞處的位置傳感器更換、維修以及調試時間長等實際問題，為其他船閘人字門位置傳感器集成化的設計提供借鑒及參考。

1 位置傳感器

1.1 位置傳感器的分布和功能

本文闡述的船閘人字門的位置傳感器安裝形式為兩部分，一部分是安裝在人字門機架上的開終、關終接近開關與極限保護開關，另一部分是安裝在人字門頂樞處的開、關終限位開關和開度儀。其中，人字門機架上的開終、關終接近開關與人字門頂樞處的開、關終限位開關互為冗余，以頂樞上的開關發訊為主，以機架上的開關發訊為保護。當其中一個檢測開關發生設備故障時另外一個能正常工作，保證整體系統穩定運行。

開度儀不僅反映了人字門開度的數值大小，而且參與人字門速度控制。同時通過可視化的方式，指導操作人員對人字門進行作業控制。

因此，位置傳感器對船閘人字門安全運行非常重要，其維修效率也與通航效率息息相關。

1.2 位置傳感器的結構形式

船閘人字門頂樞處的位置傳感器包括開終、關終限位開關和開度儀傳感器，如圖1 所示。人字門頂樞旋轉中心上方為開度儀位置傳感器，開度儀采用絕對型編碼器，它不僅作用于人字門開度顯示，而且直接作用于人字門的同步運行控制。開終、關終限位開關分布頂樞與AB 桿連接的邊緣，選用施耐德公司接近式行程開關。由圖1 可以看出，人字門頂樞處的位置傳感器所處空間狹小，位置分散，且暴露在潮濕空氣中。

圖1 人字門頂樞處位置傳感器

1.3 位置傳感器的工作特性

該船閘人字門位置傳感器由開終、關終和開度儀等傳感器組成，安裝位置較為分散，其中人字門頂樞處的開終、關終限位開關一部分在AB 桿（在人字門頂樞處交叉布置的兩根拉桿）上。在歷次船閘大修期間，人字門進行同步頂升維修時，維修人員需要逐一拆除頂樞處的位置傳感器，檢修完成后需要重新安裝，耗費時間較長。在日常故障維修中，位置傳感器損壞也需快速拆卸更換，以便減小對船閘通航效率的影響。同時維修更換后，需對人字門頂樞處位置傳感器多次調校，以保證限位開關精確定位，開度儀也需要同軸度調整到位。總之，維修需要時間較長，不論是船閘大修還是日常搶修，均需在施工時間緊迫的環境下完成較為繁瑣的維修任務，維修效率有待提升。另外，在日常船閘運行過程中，由于開終、關終限位開關撞塊位于頂樞邊緣處，存在被船舶撞擊變形的情況。并且開、關終限位開關和開度儀始終暴露在外部環境中，尤其是在夏冬季節，晝夜溫差過大，人字門開關位置感應板隨溫度變化發生變形或者使開關電器屬性發生改變，導致人字門頂樞處開、關終信號及開度儀發訊不準確。

2 位置傳感器集成化新裝置結構及原理

為解決上述問題，設計了一種位置傳感器集成化新裝置，其結構及工作原理如圖2 所示。該裝置3 個支點分別固定在A、B桿和門體旋轉中心處，其中門體旋轉中心處支點上方固定有開度儀（不參與控制，用以檢測數值）。開門時，該支點下方延長出的撞塊跟隨門體一起旋轉，當撞塊碰到平面板上的接近開關1時，門體停止運動。同理，關門時碰到接近開關2 時，門體停止運動。兩接近開關中心與旋轉中心夾角為67.5°（通過調節接近開關的位置來實現）。

圖2 位置傳感器集成化裝置及工作原理

該集成化裝置采用新型航空鋁合金材料，具有強度高、剛度好和堅固耐用的特點，可以減輕平臺重量。除此之外，可以利用鋁合金耐腐蝕的優點，可以和裝置上的遮罩層共同起到防腐蝕保護作用。

3 應用前景及不足

（1）應用前景。目前船閘人字門頂樞處的開、關終限位開關和開度儀在維修和運行中均具備研究提升的空間。本文通過設計一種船閘人字門頂樞位置傳感器集成化裝置，降低設備故障，實現快速檢修，減少停航時間，提高通航效率。加快滿足日益增長的船舶過閘需求，推進長江航運通航高質量發展。

（2）不足之處。由于該集成化裝置整體位于人字門頂樞上，在船閘運行過程中若某處小部位受到船舶撞擊或其他情況，可能會導致裝置出現整體失衡移位情況。人字門頂樞上還有其他油路管線，對該裝置在人字門頂樞上布置存在影響，還需進一步考慮。

4 總結

以當前長江上某座單級船閘人字門位置傳感器為研究對象，從位置傳感器的分布情況入手，剖析位置傳感器在人字門中的結構形式，理清其在目前航運背景下的工作特點，設計一種人字門位置傳感器的集成化保護裝置，通過對位置傳感器集中化管理方式，有效解決上述問題，同時對新裝置的不足提出了要求，為后續位置傳感器集成化裝置的設計及研究提供參考價值。