贵港船闸闸门启闭系统设计浅析

摘 要：本文浅析贵港船闸闸门启闭机布置、启闭力矩计算和液压系统的设计。

关键词：船闸 启闭系统 内置式行程检测装置

1.前言

船闸闸门启闭系统是确保船闸正常运行，保证水道畅通的关键。与泄洪系统和引水发电系统相比，通航船闸的液压启闭机有如下特点：运行频繁，启闭速度相对较大，设备故障率少，运行可靠，以满足航运船舶频繁过闸的需要。

2 . 1 . 2启闭机平面布置

由于人字门阻力矩最大峰值产生在开门开始和关门结束两处，并且在开门开始时，启闭机的传动角最小，所以油缸支承中心的布置，首先要满足在开门开始时，启闭机的能力矩要大于启闭阻力矩；且考虑活塞行程尽可能短，启闭力及油压适中，油缸摆动较小等特点和要求及与水工结构的关系，采用了如图1所示的布置方案。

2 . 1 . 3启闭机启闭能力

根据图1所示的启闭机布置，当油缸最大推力为1320 kN时，启闭机的最小能力矩为4152.72 kN.m， 启闭机的启闭能力见表1。启闭机启闭能力矩及活塞杆轴力见图2。

2 . 1 . 4启闭机结构设计及参数

油缸设计工作压力为17.0 Mpa，油缸内径420mm，外径490mm，活塞直径240mm，活塞杆喷镀陶瓷，活塞杆设内置式行程检测装置。

关门平均速度：19.2 mm/s关门平均流量：59.6 l/min

最大关门压力：12 Mpa （背压2.5Mpa）

开门平均速度：28.5 mm/s

开门平均流量：159.5 l/min

最大开门压力：15.4 Mpa （背压1.2Mpa） 2 . 1 . 5人字门启闭过程采用的启闭模式

2 . 2充泄水阀门启闭机

2 . 2 . 1设计参数

阀门自重 （包括吊重）：10.4 t

启闭力（已考虑富裕系数K=1.2）：850 kN

开门总时间：6.0 ～8.0 min

关门总时间：2.0min

活塞有效工作行程：4000mm

2 . 2 . 2启闭机结构设计及参数

油缸设计工作压力为17.0 Mpa，油缸内径320mm，外径490mm，活塞直径160mm。

关门平均速度：33.3mm/s

关门平均流量：1601/min

最大关门压力：2.0 Mpa

开门平均速度：11.1 mm/s

开门平均流量：40.2 l/min

最大开门压力：14.0 Mpa

2 . 2 . 3充泄阀门的启闭过程采用的启闭模式

3.液压系统设计

3 . 1泵站设计

为便于加工制造、维护管理，船闸上、下闸首分别采用相同的启闭机和液压系统。全闸上、下闸首左、右两侧共设四个泵站。每个泵站选用二台变量柱塞泵，互为备用。油泵驱动电功率55kW，转速1450rpm.

3 . 2系统设计

液压系统控制由五部分组成，分别控制系统压力与系统卸荷回路、人字门启闭机回路和充泄水阀门启闭机回路。系统设有一个压力传感器和四个压力继电器，用于主系统和人字门启闭机及充泄水阀门启闭机开启或关闭压力超载报警。系统压力管路、回油管路，油箱油液过高或过低及油温超限均设报警装置。

3 . 3系统工作原理

3 . 3 . 1运行程序

人字门和充泄阀门的启闭过程均采用 变速慢开启（关闭）—匀速快开启（关闭）—变速慢开启（关闭）的启闭方式，即闸（阀）门开启或关闭的开始速度由零逐渐升到一定速度后匀速运行到预定位置后再减速运行至终点，到终点时速度减至零，这样的启闭方式使人字门启闭平缓，无冲击现象。液压系统原理图见（图7）。

3 . 3 . 2工作原理

①油泵空载启动：电机启动，YV0失电，油泵维持小流量空载运转，系统卸荷。

②人字门关闭：慢关闭-快关闭-慢关闭-水位差合拢。慢关闭：电磁铁YV0 YV1 YV6同时得电，此时油泵流量在慢速区间由零增至100%，系统压力油经插装阀进入人字门油缸无杆腔，有杆腔油经插装阀、回油单向阀及回油滤清器流回油箱。无杆腔压由P1设定。快关闭：当慢速关门结束后，人字门油缸行程传感器或时间设定发出讯号，YV0 YV1 YV8得电，油泵为100%供油，人字门处于快速关闭，回油经插装阀流回油箱，当快速关闭至设定位置时转为慢速关门YV0 YV1 YV6得电，YV8失电，油泵流量由100%减至零结束。

水位差合拢：当慢速关门结束触动行程开XK1，电机及YV0 YV1失电，仅YV6得电，使有杆腔回油有2.5Mpa，闸室冲水过程中，未完全关闭到位的人字门受前后水压差的作用，当此作用力引起有杆腔的压力大于P6设定值时，有杆腔的油经插装阀流回油箱。无杆腔通过单向阀从油箱自吸补油。至人字门完全关闭，行程开头XK5发讯，YV6失电，关门结束。

③人字门开启：水位差自行开启-慢开启-快开启-慢开启水位差自行开启：当充水（或泄水）结束，出现超灌（或超泄）时，YV5得电，油泵空载起动，无杆腔设定背压P5=1.2Mpa，超灌（或超泄）引起的压力大于背压时，人字门自行开启，有杆腔从油箱自行补油，当开启触动XK1开关，转为慢开启-快开启-慢开启。

电磁铁YV0 YV2 YV5同时得电，此时油泵流量在慢速区间由零增至100%，系统压力油经插装阀进入人字门油缸有杆腔，无杆腔油经插装阀（设定背压1.2Mpa，P5）、回油单向阀及回油滤清器流回油箱。无杆腔压由P2设定。当慢速开门结束后，人字门油缸行程传感器或时间设定发出讯号，YV0 YV2 YV7得电，YV5失电，油泵为100%供油，人字门处于快速开启，回油经插装阀流回油箱，当快速开启至设定位置时转为慢速开启YV0 YV2 YV5得电，YV7失电，油泵流量由100%减至零，触动行程XK2，YV0 YV2 YV5失电，开关结束。

3 . 3 . 3充泄水阀门启闭机运行程序

充泄水阀门关闭：慢关闭-快关闭-慢关闭。慢关闭：电磁铁YV0 YV4 YV9得电，此时油泵流量在慢速区间（行程传感器或时间设定）由零增至100%，系统压力油经插装阀进入充泄水阀门油缸无杆腔，有杆腔油经插装阀、回油单向阀及回油滤清器流回油箱。无杆腔压由P4设定。快关闭：当慢速关门结束后，油泵为100%供油，从而成为快速关闭，电磁铁动作不变，快速关闭到位后，行程传感器或时间设定发出讯号，转为慢速关闭，电磁铁动作不变，油泵流量由100%减至零，触动行程XK3，YV0 YV4 YV9失电，开关结束。

充泄水阀门开启：慢开启-快开启-慢开启。慢开启：电磁铁YV0 YV3 YV10得电，此时油泵流量在慢速区间由零增至24%，系统压力油经插装阀进入充泄水阀门油缸有杆腔，无杆腔油经插装阀流回油箱。有杆腔压由P3设定。快开启：当慢速关门结束后，油泵为24%供油，从而成为快速开启，电磁铁动作不变，快速开启到位后，行程传感器或时间设定发出讯号，转为慢速开启，电磁铁动作不变，油泵流量由24%减至零，触动行程XK4，YV0 YV5 YV10失电，开关结束。

4.主要经验与技术创新

①人字门和充泄阀门的启闭过程均采用变速慢开启的启闭方式，改变以往启闭过程采用定速启闭的工作模式，减少人字门和充泄阀门在启闭过程对液压缸和液压系统的冲击。

②液压控制系统集成化，采用内阻小、泄漏小、工作可靠的插装阀。整个系统配置灵活，外观整齐，维护保养容易；标准化、通用化和集成化程度高等优点。

③液压缸活塞杆是液压缸的重要部件，液压缸活塞杆在使用中会遭受磨粒冲刷，极易产生磨损。为提高活塞杆表面的耐磨性能，达到延长活塞杆使用寿命的效果，人字门启闭采用国外进口油缸，大大提高油缸使用寿命；

④陶瓷活塞杆设内置式行程检测装置，精确检测活塞杆行程。其基体的检测段上等间距地设置有宽度与间距相等的沟槽，能精确检测人字门的开度，检测精度达到1mm。

贵港船闸启闭系统遵循“安全可靠、经济实用、功能齐全、技术先进、外型美观、操作简单、维护方便”的原则进行设计。经过多项测试指标的考核和运行，表明船闸启闭系统的设计是合理的、先进的，达到国内先进水平，主要设备采用了世界目前先进技术。变速慢开启是一种可行的、较好运行模式，避免启闭机和液压系统在闸门全开和关终位置受冲击。贵港船闸启闭系统设计经验对类似项目有一定参考意义。

参考文献：

西江航运建设二期工程贵港航运枢纽初步设计报告[R].广西：广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，1994.