双吊点液压启闭机同步控制的研究

何开振+罗小红

摘  要：主要针对双吊点液压启闭机同步控制展开了研究，通过结合具体的工程实例，对系统的同步控制原理进行了详细的阐述，并在分析同步控制应用存在问题的基础上，提出了一系列的处理措施，以供参考。

关键词：水利工程;液压启闭机;同步控制;纠偏系统

中图分类号：TV664.2;TH137    文献标识码：A               文章编号：2095-6835（2014）23-0001-02

所谓的“液压启闭机”，一般由液压系统和液压缸组成，其工作原理是在液压系统的控制下，液压缸内的活塞体内壁做轴向往复运动，从而带动连接在活塞上的连杆和闸门做直线运动，以达到开启、关闭孔口的目的。而液压启闭机能否在实际工作中同步运行，是目前液压启闭机应用的一大难题。基于此，本文就双吊点液压启闭机同步控制进行了研究。

1  工程概况

水利工程是保证社会经济可持续发展的重要基础设施项目，由调蓄水池、取水枢纽和供水管道三部分组成，主要任务为防洪、工业供水等。枢纽工程控制流域面积为976 km2，取水枢纽大坝为混凝土重力坝，最大坝高36.9 m，总库容7.43×106 m3，年供水量6.5×106 m3。枢纽泄洪建筑物设计方案为2孔泄流底孔加3孔溢流表孔方案。

溢流表孔工作闸门3孔，单孔宽12 m，设计水头8.1 m。闸门型式为露顶式斜支臂弧形闸门，闸门高8.6 m，曲率半径为12 m，支铰位置距底板以上高度为6 m，闸门自重50 t。采用双吊点液压启闭机起吊，依靠闸门自重闭门，液压启闭机选用型号为QHLY2×1 000 kN-6.5 m液压式启闭机，吊点距离11.0 m。

冲沙底孔工作闸门2孔，单孔宽6 m，高5.3 m，设计水头20.0 m。闸门型式为潜孔式斜支臂弧形闸门，闸门曲率半径为10 m，支铰位置距地板以上高度7 m，闸门自重70 t。采用双吊点液压启闭机起吊，依靠闸门自重闭门，液压启闭机选用型号为QHLY2×1 000 kN-5.6 m液压式启闭机，吊点距离5.0 m。

溢流表孔、冲沙底孔液压启闭机油泵系统布置在溢流表孔左侧（如图1所示），内设2套泵站液压系统，每套泵站设2套互为备用的油泵电机组，每台电机功率为55 kW，分别控制溢流表孔工作闸门和冲沙底孔闸门。输油和回油管路从油泵室引向各闸门的控制阀组，再引向油缸。

图1  液压启闭机平面布置图

2  系统的同步控制原理

为了控制双油缸液压启闭机在运行中两只活塞杆的行程偏差，要在液压系统中设置流量控制的纠偏回路，以满足闸门同步运行的要求。目前液压系统纠偏回路的主要形式有旁路放油回路、比例调速阀回路、伺服阀回路和比例变量泵回路。通过比较发现，旁路放油回路操作简单方便、经济实用、成本相对较小、维修方便，因此，坪底供水工程液压启闭机的同步控制采用了旁路放油回路的方案。

旁路纠偏同步控制系统的原理为：①液压系统通过两组调速回路将主油路分成两路进入闸门两侧的油缸，依靠控制油缸的进出油量来控制两侧油缸的基本同步。由于闸门运行过程中存在一些不确定因素，因此，当两侧油缸不同步时，就需要依靠旁路纠偏系统来调整两侧油缸的进出油量，保持两侧油缸的同步。②通过闸门开度检测装置将信号传送至PLC（可编程控制器Programmable Logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置），利用PLC输出的开关信号控制盘路纠偏系统。③当旁路纠偏系统接收到PLC发出的纠偏信号后，就会使闸门启闭运行过程中相对较高的油缸放油，从而控制两侧油缸的行程差，消除偏差。放油后，当两侧油缸的行程达到设定值时，PLC就会发出信号停止纠偏。需要注意的是，电气控制系统中设置了纠偏电动按钮，当自动同步纠偏超差大于最大设定值时，操作人员就要在现场控制单元采用“点动”控制功能实施手动纠偏，达到同步。

3  纠偏方案的应用

由于旁路放油回路具有操作简单方便、经济实用、成本相对较小、维修方便等优点，因此，坪底供水工程取水枢纽液压启闭机的同步控制采用了旁路放油回路的方案。在闸门启闭过程中，闸门开度和行程控制装置全程连续检测两只油缸的行程偏差，当偏差值≥10 mm时，电磁阀会自动得电，电气控制系统就接通旁路放油回路中的电磁换向阀的电磁线圈，将进入活塞杆行程较大一只油缸的流量放掉一部分，从而减少或消除两只油缸活塞杆的行程差，使闸门同步。当两只油缸的行程偏差值≥20 mm时，液压系统会自动停机，发出报警信号，然后根据工程实际情况现场调定。手动操作时可直接操作纠偏钮进行同步控制。

4  工程应用中的主要问题

在本工程所应用的双吊点液压启闭机运行中，两只活塞杆的行程因受诸多因素的影响而产生了差异，存在双吊点液压启闭机不同步的问题。主要有以下几个方面的原因：①闸门的整体刚度不够，在安装过程闸门发生了细微变形。②闸门侧导向装置布置中水封的摩擦比较大。③现场管路的布置无法做到完全对称。④选择的同步纠偏的传感装置检测精度有限，安装工艺精确度未到达理想的水平。⑤当两只液压缸的活塞杆行程差达到其设定的纠偏起调值时（此系统的起调值为10 mm），电气控制系统就会接通旁路放油回路中的电磁换向阀的电磁线圈，将进入活塞杆行程较大一只油缸的流量放掉一部分，从而减少或消除两只油缸活塞杆的行程差。但当系统中起放油作用的电磁换向阀频繁地突然开启和关闭时，将会导致液压系统的压力突变，这将引起系统的震动和噪声，不仅会影响活塞杆行程和行程差的准确检测，还会导致缸旁阀组中液控单向阀的开度不稳定。

5  处理方法

针对上述问题可采取的处理方法主要有以下几种：①外置钢丝绳检测装置，并采用绝对型光电编码器读取闸门开度数值。

外置钢丝绳检测装置由壳体、恒力弹簧、不锈钢丝绳、卷筒、弹簧卷轮、主轴和绝对型光电编码器等组成。开度检测利用恒力弹簧加不锈钢丝绳收卷机构将线性位移运动转为旋转运动，带动绝对型旋转编码器旋转。通过PLC换算，检测闸门的开度，检测装置内设全开、全关限位开关，控制闸门的全开、全关位置，保证闸门开关安全。绝对型编码器采用进口高精度产品，检测传感器分辨率小于0.1 mm，防护等级为IP65，数字显示闸门开度值，并输出位置信号。这种编码器不受停电和外界干扰的影响，只要给电就能读取停留在任意位置上的实际数值。②在实施过程中，由于液压泵站为油箱、油泵、电机组一体式结构，因此，油箱、泵电机组要严格按照液压系统平面布置设计图进行安装、固定，以避免因液压系统泵站管道和元件外泄露等故障引起的检测数据不准确现象。对于其他阀件，要严格按照相关规范进行安装调试。③在旁路放油回路中的电磁换向阀前放置一个叠加式的双单向节流阀，能有效避免因放油电磁换向阀突然开启或关闭给系统带来的压力冲击，使系统性能得到有效的改善。

6  结束语

综上所述，液压启闭机适用于水利水电、航运船闸等工程中各种闸门的启闭，其中，同步控制的应用起到了非常重要的作用，直接关系着水利水电、航运船闸等工程的运行安全。因此，必须重视对液压启闭机同步控制系统的设计，以保障机器同步控制的正常应用。

参考文献

[1]田勇，周岸，董彬，等.双吊点液压启闭机电液比例同步系统研究[J].机床与液压，2007（11）.

[2]宁辰校，张戌社，罗占兴.液压启闭机同步控制研究[J].液压与气动，2012（12）.

〔编辑：王霞〕

Research Twin-lift Hydraulic Hoist Synchronous Control

He Kaizhen， Luo Xiaohong

Abstract： The main point for double hanging Hydraulic Synchronization Control launched a research project through a combination of specific examples， the principles of synchronous control system was elaborated and applied in the analysis of synchronization control problems， the proposed a series of measures to deal with， for reference.

Key words： hydraulic engineering; hydraulic headstock gear; synchronous control; correction system

5  处理方法

针对上述问题可采取的处理方法主要有以下几种：①外置钢丝绳检测装置，并采用绝对型光电编码器读取闸门开度数值。

外置钢丝绳检测装置由壳体、恒力弹簧、不锈钢丝绳、卷筒、弹簧卷轮、主轴和绝对型光电编码器等组成。开度检测利用恒力弹簧加不锈钢丝绳收卷机构将线性位移运动转为旋转运动，带动绝对型旋转编码器旋转。通过PLC换算，检测闸门的开度，检测装置内设全开、全关限位开关，控制闸门的全开、全关位置，保证闸门开关安全。绝对型编码器采用进口高精度产品，检测传感器分辨率小于0.1 mm，防护等级为IP65，数字显示闸门开度值，并输出位置信号。这种编码器不受停电和外界干扰的影响，只要给电就能读取停留在任意位置上的实际数值。②在实施过程中，由于液压泵站为油箱、油泵、电机组一体式结构，因此，油箱、泵电机组要严格按照液压系统平面布置设计图进行安装、固定，以避免因液压系统泵站管道和元件外泄露等故障引起的检测数据不准确现象。对于其他阀件，要严格按照相关规范进行安装调试。③在旁路放油回路中的电磁换向阀前放置一个叠加式的双单向节流阀，能有效避免因放油电磁换向阀突然开启或关闭给系统带来的压力冲击，使系统性能得到有效的改善。

6  结束语

综上所述，液压启闭机适用于水利水电、航运船闸等工程中各种闸门的启闭，其中，同步控制的应用起到了非常重要的作用，直接关系着水利水电、航运船闸等工程的运行安全。因此，必须重视对液压启闭机同步控制系统的设计，以保障机器同步控制的正常应用。

参考文献

[1]田勇，周岸，董彬，等.双吊点液压启闭机电液比例同步系统研究[J].机床与液压，2007（11）.

[2]宁辰校，张戌社，罗占兴.液压启闭机同步控制研究[J].液压与气动，2012（12）.

〔编辑：王霞〕

Research Twin-lift Hydraulic Hoist Synchronous Control

He Kaizhen， Luo Xiaohong

Abstract： The main point for double hanging Hydraulic Synchronization Control launched a research project through a combination of specific examples， the principles of synchronous control system was elaborated and applied in the analysis of synchronization control problems， the proposed a series of measures to deal with， for reference.

Key words： hydraulic engineering; hydraulic headstock gear; synchronous control; correction system

5  处理方法

针对上述问题可采取的处理方法主要有以下几种：①外置钢丝绳检测装置，并采用绝对型光电编码器读取闸门开度数值。

外置钢丝绳检测装置由壳体、恒力弹簧、不锈钢丝绳、卷筒、弹簧卷轮、主轴和绝对型光电编码器等组成。开度检测利用恒力弹簧加不锈钢丝绳收卷机构将线性位移运动转为旋转运动，带动绝对型旋转编码器旋转。通过PLC换算，检测闸门的开度，检测装置内设全开、全关限位开关，控制闸门的全开、全关位置，保证闸门开关安全。绝对型编码器采用进口高精度产品，检测传感器分辨率小于0.1 mm，防护等级为IP65，数字显示闸门开度值，并输出位置信号。这种编码器不受停电和外界干扰的影响，只要给电就能读取停留在任意位置上的实际数值。②在实施过程中，由于液压泵站为油箱、油泵、电机组一体式结构，因此，油箱、泵电机组要严格按照液压系统平面布置设计图进行安装、固定，以避免因液压系统泵站管道和元件外泄露等故障引起的检测数据不准确现象。对于其他阀件，要严格按照相关规范进行安装调试。③在旁路放油回路中的电磁换向阀前放置一个叠加式的双单向节流阀，能有效避免因放油电磁换向阀突然开启或关闭给系统带来的压力冲击，使系统性能得到有效的改善。

6  结束语

综上所述，液压启闭机适用于水利水电、航运船闸等工程中各种闸门的启闭，其中，同步控制的应用起到了非常重要的作用，直接关系着水利水电、航运船闸等工程的运行安全。因此，必须重视对液压启闭机同步控制系统的设计，以保障机器同步控制的正常应用。

参考文献

[1]田勇，周岸，董彬，等.双吊点液压启闭机电液比例同步系统研究[J].机床与液压，2007（11）.

[2]宁辰校，张戌社，罗占兴.液压启闭机同步控制研究[J].液压与气动，2012（12）.

〔编辑：王霞〕

Research Twin-lift Hydraulic Hoist Synchronous Control

He Kaizhen， Luo Xiaohong

Abstract： The main point for double hanging Hydraulic Synchronization Control launched a research project through a combination of specific examples， the principles of synchronous control system was elaborated and applied in the analysis of synchronization control problems， the proposed a series of measures to deal with， for reference.

Key words： hydraulic engineering; hydraulic headstock gear; synchronous control; correction system