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  11绪论1.1课题背景启闭机在水闸的应用中十分普遍，这是由于油缸内的油液具有缓冲和减震作用，适宜于控制闸门在高水头、不同开度下的无振安全运行；并可对闸门实施下压力，使闸门自重较轻，节省本金。传统的启闭机有螺杆启闭机和卷扬启闭机，近年来液压启闭机在水闸的应用中日渐增多，尤其是江浙沪沿海的发达一带河流入海口处的挡潮闸，液压启闭机的应用尤为广泛。液压启闭机的工作原理是用液压泵把原动机输出地机械能变成液压能，然后经由管道、液压阀进入液压缸，通过液压缸把液压油的液压能变成工作机的机械能，从而驱动水工闸门完成启门和闭门等动作。液压启闭机的油缸与闸门经吊头连接，通过液压油在油缸上下腔的施压与排放、活塞杆在油缸中的伸缩对闸门产生实施推力或拉力，进而达到启闭闸门的目的。启闭机的液压油为柔性工作介质，可减轻闸门局部开启时高速水流对闸门产生的振动，有利于闸门的平稳运行。另一方面，液压启闭机采用的行程检测装置测量准确，并经过控制，实现闸门的自动化控制。行程检测装置采集的信号可传至远方集控室，为实现集中控制和远方自动化控制条件。用于水闸的液压启闭机的工作方式主要有两种：一种是直升门式，闸门为平板门，闸墩上设排架，液压活塞杆埋设于闸墩中，闸门开启时，由两侧活塞杆将闸门垂直顶起；另一种是弧形门式，闸门为常用的弧形门，液压启闭机布置在两侧闸墩的侧面上，闸门启闭时，由两侧的活塞杆将闸门沿弧形轨迹拉起。1.2主要参数表1-1：主要参数表序号名称参数1最大启门力2×630KN2最大闭门力自重闭力3工作行程4700mm4最大行程4800mm5开启速度0.5m/s22设计的具体方案简述液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各式各种传动形式，充分的发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单工作可靠，成本低、效率高、简单易操作、维修方便的液压传动系统。液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿行。一般来说，在明确设计的基本要求之后，大致按如下步骤进行：（1）进行工况分析，确定系统的主要参数；（2）制定基本方案，拟定液压系统原理图；（3）选择液压元件；（4）确定液压执行元件的形式；设计的基本要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计的基本要求以及与该设计内容有关的别的方面了解地清清楚楚。（1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；（4）各动作机构的载荷大小及其性质；（5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；（6）自动化程度、操作控制方式的要求；（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；（8）对效率、成本等方面的要求。本次设计主要是启闭机液压系统的设计。考虑弧形工作闸门液压启闭机油缸务必倾斜式布置，两端铰链连接，并且在油缸的上端吊头与埋件轴以及下端吊头与闸门吊耳连接处内装自润滑球面滑动轴承，满足使油缸自由摆动，并可以消除启闭机或闸门由于安装等误差造成的对油缸的不利影响。油缸与管路之间需要采用软管连接。本液压系统是为水电站弧形控制闸而设计、制造，用于控制弧形闸门启闭机油缸开启和关闭的液压系统。本系统结构紧密相连、布局美观、性能安全可靠、能耗低。本套液压系统由两台泵组供油，控制闸门开启，系统配有压力控制器(HED40A10)、压力传感器（PT301）、电接点温度计(WSSX-411)、液位控制器(YKJD24)，可对系统压力、油液温度及液位高度实现自动控制。每只油缸都配置3了行程检测装置，在闸门启闭过程中，能对弧形闸门开度及行程实行全程检测，通过电控、液控进行同步纠编，实现自动调整闸门同步启闭[1]。具体设计见原理图（0-101）：图2.1设计原理图42.1控制过程综述系统采用流量调速阀来控制液压启闭机两侧油缸的进出流量，实现同步运行和纠偏。同时并联手动流量控制阀，便于设备调试和检修时操作油缸和闸门，最大限度地保证了闸门的安全和稳定运行。2.2选材要求在液压启闭机液压油缸各零部件材料的选择上，油缸缸体材料采取使用优质无缝钢管，活塞杆采用符合GB699的优质45#实心锻钢正火处理、销轴材料采取使用锻钢40Cr调质处理、并做无损探伤检验测试，上端盖、下端盖及活塞、吊头材料均采用45钢锻焊结构、其焊缝为Ⅰ类焊缝、并按Ⅰ类焊缝进行全方位检查和探伤。油缸活塞杆强度、油缸内径、活塞宽度、活塞杆导向长度及零部件的公差、配合的设计按照DL/T5167-2002、机械设计手册等有关标准要求，从设计上保障了油缸启闭机性能的先进性及可靠性。弧形工作闸门液压启闭机油缸为倾斜式布置[2]，两端铰接连接，并且在油缸的上端吊头与埋件轴以及下端吊头与闸门吊耳连接处内装自润滑球面滑动轴承，满足使油缸自由摆动，并可以消除启闭机或闸门由于安装等误差造成的对油缸的不利影响。油缸与管路之间采用软管连接。液压控制管理系统包含下述功能：①一次、二次安全调压保护，分别满足启门和闭门打开液控单向阀的压力控制要求，并起安全保护作用。②方向控制，实现启门和闭门动作，在此功能里设置了消除换向冲击的功能，使闸门启、停平稳。③任意位置锁定，在任何开度均通过装于油缸上的专用阀组实现安全锁定，防止任何意外事故对闸门系统产生一定的影响。④双缸启、闭门同步功能[3]，通过流量调速阀分别控制两只油缸的油量，如果两侧油缸在运行中产生了偏差，纠编仪将发出偏差信号，相应的电磁铁得失电，把相对快速的油缸的多余流量放掉一部分，从而控制两油缸的流量，进而消除偏差，此过程全程跟踪，保证两只油缸启、闭门同步，偏差≤10mm。53液压系统方案确定3.1液压系统动力装置：（参见液压原理图0-101）球阀（序号38.1）处于开启状态，方可启动1#主油泵电机，启动1#主油泵电机，往外输出压力油液，完成1#主油泵的启动。球阀（序号38.2）处于开启状态，方可启动2#主油泵电机，启动2#主油泵电机，往外输出压力油液，完成2#主油泵的启动。3.2液压系统压力调试[4]：（参见液压原理图0-101）本液压控制管理系统由二台手动变量油泵组提供压力油源，在通常情况下一套工作，一套备用，且互为备用。油泵变量形式为手动变量，使用时可根据具体工况要求适当 调整输出流量以满足油缸运动速度及压力要求(油泵初次灌油，调节输出流量不得小 于满流量的百分之四十)。 在设备初次调试前，要检查液压系统的各溢流阀、各安全溢流阀、各调速阀的手 柄，确定都处于松开状态，各球阀均处在正确的启闭位置（应在压力初调试阶段先关 闭油缸进出口球阀）。 确定油箱内已加满液压油；拆开油泵泄油胶管，从油泵泄油口加入清洁的液压油， 直至充满壳体，装上主油泵泄油胶管；拆下电机的防护罩，按顺时针方向手动盘车 20～30 圈，排尽油泵吸油区的空气，装上防护罩；点动主油泵电机，确定电机旋转 方向正确。 按原理图要求连接好试车油缸，油缸锁紧块，启动 1#油泵电机组，空载运行数 分钟，确定电机油泵运行正常后，电磁铁YV1 得电，逐级（建议每级压力上调11MP ａ，每级运行时间不可以少于二分钟）调节电磁溢流阀（序号 11）和变量油泵(序号 03)变量手柄，使溢流阀压力值压力表P1 显示压力至19.5MPa，刻度盘显示变量油 泵变量(油泵初次灌油，高压输出流量不可以少于满流量的百分之四十，具体工况据实 而定)；让电磁铁YV2 得电，先让电磁铁YV1 得电，调节溢流阀(序号20)使压力 表P2 显示压力为0.5 MPa(如果油缸水平放置时此处压力可适当调高一些给无杆腔 加载)，锁紧调节螺母；让电磁铁 YV1、YV3 得电，YV2 失电，调节溢流阀（件 号22）使压力表P1 显示压力为10MPa(此压力为锁紧块控制油压力)，锁紧调节螺 母；让电磁铁YV1、YV2 得电，YV3 失电，逐级调节电磁溢流阀（序号11）和锁 6 紧阀块上安全溢流阀（序号31.1、31.2），使安全溢流阀溢压力略高于系统工作所承受的压力 （建议值21MPa），注意调整左油缸锁紧块时必需将左右缸压力油入口的球阀(序号 29.3、29.4)关紧，压力值调定后锁定调节螺母；最后让电磁铁YV2、YV3 失电、 YV1 得电，锁定电磁溢流阀(序号 11)控制压力为 19.5MPa，锁紧所有压力阀上调 节螺母。这样便完成1#工作油泵和1#油缸组的压力调试。 按同样的方法启动2#油泵电机组，每组阀组的压力控制元件初调试数次正常后， 方可进入动作初调试。 系统在各工作点均设有压力控制器，使用时必须根据具体工况及原理要求调节好 每个压力控制元件的发讯点(PK1 至PK5)，当所处点压力降低或升高至压力控制器 的调定压力时，压力控制器会发出报警讯号，实现系统各点压力的自动控制。当液压 系统压力过高（20MPa）时，PK1 发讯报警，停泵检查；当液压系统压力过低（11 MPa）时，PK2 发讯报警，切换备用油泵；当液压系统有杆腔压力过低（2MPa） 时，PK4 和PK5 发讯报警，停泵检查；当无杆腔油压过高（1.2MPa）时，PK3 发 讯报警，停泵检查，系统压力由压力传感器有模拟输出到主控室。缸旁锁紧阀块在液 压系统中同时起保压和安全作用，当有杆腔超压会自动泄荷；当液控单向阀的控制油 被切断时，闸门可实现任意位置锁定；当系统管路意外破裂时，缸旁阀块会自动锁住 闸门而不会跌落，从而保获总系统受损。 3.3 液压系统动作过程：（参见液压原理图0-101） 本系统含一个工作阀组，共控制一扇弧形闸门的启闭动作，下面以 1#油缸组为 例作动作说明 [5] 。 系统各部分压力调试正常后锁定各调压螺母，系统压力流量输出正常，确定各高 压球阀处在正确的开启位置；让电磁换向阀（序号21）电磁铁YV2 得电、YV3 失 电，压力油经过电磁换向阀(序号21)分两股进入二个调速整流装置(件号23、24 组 合)，通过高压球阀、液控单向阀进入油缸有杆腔；两处无杆腔油液经球阀后合成一 股，通过球阀(序号28)、背压阀(序号20)、回油滤油器回油箱，实现闸门开启动作； 闸门开启到位后便进入失电、停机保压状态，因系统内泄闸门下滑至电控设定值，发 讯，启动电机对有杆腔补油，闸门上升至原高度；让电磁换向阀电磁铁YV3 得电、 YV2 失电，压力油经电磁换向阀分两路进入油缸锁紧块成为控制油打开锁紧块上液 控单向阀(序号32.1、32.2)， 有杆腔油液经锁紧块、高压球阀、调速整流阀、电磁 7 换向阀、进入油缸无杆腔，油缸靠自重下行，同时无杆腔出现负压时，无杆腔可通过 单向阀( 序号12.3)从油箱补油，实现闸门关闭动作。这样启闭机油缸实现整个动作 过程。每组油缸动作初调试数次正常后，便可进入速度及同步初调试。 3.4 液压系统同步设计：（参见原理图0-101） 表3-1 电磁铁动作表： M1 或M2 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 电机启动 + - 系统启动 + + 闸门开启 缸一过快 + + + - + - 缸二过快 + + + - - + 闸门关闭 缸一过慢 + + + - + + 缸二过慢 + + - + - + 下面仅以1#油缸组为例来说明。 油缸动作正常后，在闸门开启、关闭过程中，调节调速阀（序号 24.1、24.2） 通过整流板可调节活塞杆伸出、退回速度（即开关闸门速度），调速阀可无级调节活 塞杆运动速度，所以，通过调节相应的调速阀可达到两只油缸基本同步。 在闸门启闭过程中，同孔闸门两只油缸要求有较高的同步精度。闸门开度及行程 控制装置全程实行自动检验测试，同孔闸门两只油缸行程偏差大于或等于10mm 时，电 磁换向阀(序号 26.1)动作，当左油缸运动速度快于右油缸运动速度，自动纠编仪发 信，电磁换向阀(序号26.1)电磁铁YV5 得电，进入左油缸的压力油液会经过单向节