船闸液压系统的研究

宋建华

【摘 要】液压系统在船闸领域应用广泛，船闸的闸阀门启闭大多采用液压控制。该文对九圩港船闸的液压系统进行了研究，了解了液压系统的结构组成，并对液压系统的优缺点进行了分析。

【关键词】液压系统；船闸；结构组成；优缺点

0 引言

江苏省九圩港船闸位于南通市西郊，上连通扬、通吕运河，下接长江，是南通及苏北地区连接内河与长江的重要交通枢纽。作为沿江口门的繁忙船闸，闸阀门的持续运行对全所的安全生产至关重要。

九圩港船闸共有四台液压启闭机，分别控制四扇闸门和四扇阀门。闸门自重45-55吨，闸门启闭油缸长4.8米，内径280毫米，水平推动开关闸门；阀门自重5吨，阀门启闭油缸长4.2米，内径280毫米，垂直升降开关阀门。因此必须有一套完整的液压系统，来完成整项控制工作。

1 液压系统

1.1 液压系统的组成

一个完整的液压系统由液压传动系统、液压控制系统和液压油组成。液压传动系统，以传递动力和运动为主要功能。液压控制系统，则要使液压系统输出满足特定的性能和要求。

1.2 液压传动系统

液压传动系统由动力元件和执行元件组成。动力元件的作用是将原动机的机械能转化成液体的压力能，主要指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。九圩港船闸使用的是电动机带动柱塞泵提供压力能。执行元件如液压缸等，是将液体的压力能，转换为机械能，驱动负载直线往复运动。

1.3 液压控制系统

1.3.1 液压控制系统的组成

液压控制系统有控制元件、辅助原件（附件）组成。控制元件既各种液压阀。在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。各类液压阀虽然形式不同，控制的功能各有所异，但都具有共性。首先，在结构上，所有的阀都有阀体，阀芯和驱动阀芯动作的元部件等组成。其次，在工作原理上，所有阀的阀口大小，阀进出油口的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式。只是各种阀控制的参数各不相同而已。压力阀控制的是压力，流量阀控制的是流量等。因而，根据其内在的联系，外部特征，结构和用途的不同，可将液压阀按不同的方式进行分类。液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀包括溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。流量控制阀包括节流阀、调节阀、分流集流阀等。方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、加热器、油管及管接头、密封圈、高压球阀、胶管总成、压力表、油位计、油温计等。

1.3.2 液压阀的连接

液压阀的连接有管式，板式，集成式。由于管式，板式，由于连接方式中存在管路复杂等一些问题，在生产中发展了液压装置的集成化。集成块式是集成化中的一种方式，集成块是一种替代管路把原件连接起来的六面连接体。在连接体内，根据各控制油路设计加工出所需要的油路通道。阀装在集成块的周围。集成块的上下面是块与块的结合面，在结合面上加工有相同位置的压力油孔、回油孔、泄漏油孔及安装螺栓孔。有时还有测压油孔路。集成块与装在其周围的阀类元件，构成一个集成块组。可以完成一定典型回路的功能。将几种所需的集成块叠加在一起，就可构成整个集成块的液压传动系统。集成块方式不仅结构紧凑，占地面积小，而且便于装卸和维修，并具有标准化、系列化的产品。但其设计工作量大，加工工艺复杂，不能随意修改系统。

插装阀又称为插装式二位二通阀，在高压大流量的液压系统中应用广泛，由于插装式元件已经标准化，将几个插装式元件组合一下便可组成复合阀。它和普通液压阀相比具有以下优点：一是通流能力大，特别适用于大流量的场合；二是阀芯动作灵敏，抗阻塞能力强，三是密封性好，泄露小，油液经阀口压力损失小，四是结构简单，易于实现标准化。目前九圩港船闸液压控制系统就是利用集成块将插装阀组合成复合阀，确实做到阀体功能全面，结构简单，通流能力大，抗阻塞能力强，泄露小等特点。

1.4 液压油

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油和合成型液压油等几大类。液压的品质对液压系统的运行有很大的影响。若液压油内有杂质，很容易阻塞管路和设备，继而引发故障。九圩港船闸目前使用的液压油为LHM46抗磨液压油，为航天级品质液压油，能够满足运行的需要。

2 液压启闭机

2.1 液压启闭机

液压启闭机一般由液压系统和液压缸组成。在液压系统的控制下，液压缸内的活塞体沿内壁做轴向往复运动，从而带动连接在活塞上的连杆和闸阀门做直线运动，以达到开启、关闭的作用。

2.2 液压缸和密封装置

液压缸有单杆和双杆活塞式液压缸，目前九圩港船闸使用的液压缸为单杆活塞式液压缸，差动式往复运动来启闭闸阀门。如果向单杆活塞缸的左右两腔同时通液压油，即所谓差动连接，做差动连接的单杆液压缸称为差动缸。开始工作时差动缸左右两腔的油液压力相同，但由于无杆腔的有效面积大于有杆腔的有效面积，故活塞向无杆腔移动。同时无杆腔中排出的油液也进入无杆腔，加大了流入无杆腔的流量。从而加快了活塞杆的运动速度。差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大。正好利用这一点，可使活塞在不加大液压油的流量的情况下，得到较快的运动速度。当液压缸驱动的工作部件质量较大，移动速度较快时，由于具有的动量大，致使在行程终了时，容易发生液压冲击和噪声，甚至严重影响工作精度和引起整个系统和元件的损坏，为此在大型和高速或要求较高的液压缸中，往往要设置缓冲装置。尽管液压缸中的缓冲装置结构形式很多，但它的工作原理是相同的，即当活塞行程到终点接近的缸盖时。增大液压缸回油阻力，使回油腔产生足够大的缓冲力，使活塞减速，从而防止活塞撞击缸盖。

液压缸的密封装置用来防止油液的泄漏，主要有活塞和活塞杆的Y型动密封及缸盖处及各阀件的O型静密封。液压缸一般不允许外泄和内泄。阀门不允许内泄（阀门内泄会造成闸门无法开启，电路中有设置，这里不谈），所以密封装置设计的好坏，对于液压的静、动态性能有着重要的影响。

3 液压系统的优缺点

3.1 液压系统的优点

液压系统的优点有：体积小重量轻；刚度大精度高响应快；驱动力到适合重载直接驱动；调节范围宽速度控制方式多样；自润滑自冷却和长寿命；易于实现安全保护。

3.3 液压系统的缺点

液压系统的缺点有：抗工作液污染能力差；对温度变化敏感；存在泄漏隐患；制造难、成本高；不适合远距离传输液压能；有一定的压力损失、空穴现象、气浊现象或发生液压冲击。

其中，空穴現象是指，如果液压系统中渗入空气，液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时，气泡在较高压力作用下将迅速破裂，从而引起局部液压冲击。造成噪声和振动。另外，由于气泡破坏了液流的连续性，降低了油管的通油能力，造成流量和压力的波动，使液压元件承受冲击载荷，影响其使用寿命。

因此，在液压系统运行过程中，定期的检查和维护是比不可少的，发现任何隐患都应立即处理，以防系统和设备的损坏。

4 结束语

通过了解液压系统、液压启闭机以及液压系统的优缺点，可以认为九圩港船闸的液压系统是比较完善的。但经多年使用发现，其液压启闭机的液压缸缓冲装置主要部件是液压系统总溢流阀，它的系统工作压力大，虽然能起到一定的缓冲起到一定作用，但冲击压力仍然达到工作压力的2-3倍。为更好的降低液压冲击，船闸技术人员通过电路部分控制，用变频器在刚启动和快要到位时，降低电动机速度，使油泵供油减少，从而降低活塞杆速度，降低了缓冲压力。此类利用电路补充液压系统不足的研究，会成为一个新的热点。

【参考文献】

[1]官忠范主编.液压传动系统（第3版）普通高等教育机电类规划教材2011.7.1机械工业出版社.

[2]张利平编著.液压传动系统设计与使用维护，2014.8.1化学工业出版社.endprint