新型雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)的設(shè)計淺談

文/ 陳超、付智慧 中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司 湖北宜昌 443007

新型雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)的設(shè)計淺談

文/ 陳超、付智慧 中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司 湖北宜昌 443007

啟閉機(jī)一般分螺桿式啟閉機(jī)、卷揚(yáng)式啟閉機(jī)和液壓式啟閉機(jī)，液壓啟閉機(jī)與螺桿式及卷揚(yáng)式啟閉機(jī)相比有著無以倫比的優(yōu)越性，在水利樞紐、航運(yùn)船閘、電站、防洪防澇工程的使用上已逐步取代螺桿式及卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。隨著社會主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及水利水電建設(shè)的需要，啟閉機(jī)的需求量也日益劇增。近年來，我國液壓技術(shù)發(fā)展迅速，液壓啟閉機(jī)也隨之得到了大力發(fā)展和廣闊應(yīng)用。但實(shí)際應(yīng)用情況表明，液壓啟閉機(jī)仍然存在許多困擾其發(fā)展、亟待解決的問題。

液壓啟閉機(jī)；雙吊點(diǎn)；控制；回路；同步；設(shè)計

液壓啟閉機(jī)是根據(jù)液體靜壓原理，利用液壓傳遞動力，啟閉閘門的液壓傳動機(jī)械。它具有很多優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動容易獲得大的力或力矩；設(shè)備體積小，重量輕；易于實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速和過載保護(hù)；工作平穩(wěn)，沖擊小，噪音小，自潤滑性好，磨損小，只要定期檢查和保持系統(tǒng)清潔度，就可長期穩(wěn)定的運(yùn)行。是一種比較理想的閘門啟閉設(shè)備。

1、液壓啟閉機(jī)特點(diǎn)

液壓啟閉機(jī)由于采用了液壓傳動啟閉閘門，所以與其他機(jī)械傳動啟閉機(jī)相比有以下特點(diǎn)：

1）液壓啟閉機(jī)機(jī)械部件少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、重量輕、所占空間小，易于布置；

2）由于采用靜壓原理，利用較小的動力可得到很大作用力，所以它的啟閉容量大；

3）由于傳動介質(zhì)是液體，所以液壓啟閉機(jī)工作平穩(wěn)，緩沖性能好；

4）油液充滿油路系統(tǒng)，元件潤滑良好，磨損、腐蝕都極小，壽命長；

5）液壓啟閉機(jī)維修保養(yǎng)簡單，主要是保持油液的清潔，所以運(yùn)行安全可靠；

6）由于采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，所以易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，而且與電器配合，易于實(shí)現(xiàn)自動化；

7）油缸需要專用機(jī)床鍛造加工，機(jī)加工精度高，相應(yīng)造價也較高，啟閉速度小，油液容易泄漏，工作效率低，礦物油液易于著火，對防火要求高等。

2、新型雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)的設(shè)計

2.1 液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

啟閉機(jī)液壓控制系統(tǒng)是液壓啟閉機(jī)最重要的組成部分，控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：

（1）在正常情況下，液壓啟閉機(jī)能平穩(wěn)安全地實(shí)現(xiàn)閘門的開啟、關(guān)閉及停留在一定高度（即閘門處于指定開度）；

（2）閘門處于開啟狀態(tài)或達(dá)到指定開度時，泵需卸荷，系統(tǒng)處于嚴(yán)格的保壓狀態(tài)，閘門不得發(fā)生下滑現(xiàn)象；

（3）意外斷電或發(fā)生特殊特殊情況時，能利用手動操作實(shí)現(xiàn)閘門的緊急關(guān)閉；

（4）兩只液壓缸的運(yùn)行應(yīng)保證一定的同步精度，不得出現(xiàn)閘門卡死等現(xiàn)象；

（5）保證液壓啟閉機(jī)能實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，容易調(diào)節(jié)閘門的系統(tǒng)壓力和閘門開啟、關(guān)閉的速度。

2.2 同步控制回路設(shè)計

雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)是一臺對兩液壓缸同步精度要求非常高的大流量的液壓系統(tǒng)，其兩液壓缸同步精度直接影響著液壓啟閉機(jī)的整體性能。故雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)的同步控制回路設(shè)計尤其重要。

閉環(huán)同步控制回路通過對液壓缸的輸出進(jìn)行檢測和反饋來構(gòu)成閉環(huán)控制，盡管系統(tǒng)組成復(fù)雜、成本高，但可得到較高的控制精度，特別是隨著現(xiàn)代控制理論、智能控制理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。這種控制形式在高精度、自動化程度較高的液壓同步控制回路中得到廣泛的應(yīng)用。

放油式閉環(huán)同步控制回路在液壓啟閉機(jī)的同步系統(tǒng)中采用較多，其工作原理是：當(dāng)兩個液壓缸不同步時，將運(yùn)行快的缸中的油液通過電磁換向閥旁路到油箱，直到兩缸的同步誤差小于規(guī)定值時為止。而補(bǔ)油式閉環(huán)同步控制回路，其工作原理是：當(dāng)兩個液壓缸不同步時，通過電磁換向閥向運(yùn)行慢的缸中補(bǔ)充油液，直到兩缸的同步誤差小于規(guī)定值時為止。試驗(yàn)和計算機(jī)仿真結(jié)果都證明補(bǔ)油式閉環(huán)同步控制回路對負(fù)載干擾力的適應(yīng)能力強(qiáng)、壓力沖擊小、完成補(bǔ)油動態(tài)過渡過程所需時間短、補(bǔ)油同步快，動態(tài)特性明顯優(yōu)于放油式閉環(huán)同步控制回路。

2.3 壓力控制回路設(shè)計

壓力控制回路在液壓系統(tǒng)中在液壓系統(tǒng)中不可缺少，它是利用壓力控制閥來控制和調(diào)節(jié)整個液壓系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)局部油路上的工作壓力，以滿足液壓系統(tǒng)不同執(zhí)行元件對工作壓力的不同要求，保證執(zhí)行元件獲得所需要的力或力矩，合理使用功率并保證液壓系統(tǒng)安全可靠地工作。采用電液比例溢流閥實(shí)現(xiàn)的壓力控制回路，其可以根據(jù)負(fù)載需要實(shí)時調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力并呈一定規(guī)律控制，降低系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱量；同時，可以避免因壓力控制階躍變化而引起的壓力超調(diào)、振蕩以及液壓沖擊，并且可以實(shí)現(xiàn)空載啟動和過載保護(hù)作用。

2.4 液壓源回路設(shè)計

液壓源回路是液壓系統(tǒng)中最基本且必不可少的一部分，其功能是向液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件提供壓力和流量。液壓啟閉機(jī)屬于高壓大功率設(shè)備，要求效率高，工作可靠。液壓啟閉機(jī)的液壓控制系統(tǒng)管路復(fù)雜，液壓元件多，能量損失大，因此選用變量柱塞泵。為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，采用兩套電機(jī)油泵組對稱布置的冗余設(shè)計，并在變量柱塞泵的出口處串聯(lián)以單向閥，防止液壓油倒流回油箱，兩個電機(jī)油泵組一個工作，另一個作為備用，安全可靠性大大提高。

2.5 速度控制回路設(shè)計

比例方向調(diào)速回路有諸多優(yōu)點(diǎn)，故采用比例方向調(diào)速回路。液壓啟閉機(jī)液壓缸兩腔面積之比為2:1，為了提高閘門的關(guān)閉速度，采用差動增速回路。比例溢流閥控制系統(tǒng)每個工況下的壓力，比例方向閥在中位時，比例溢流閥開啟壓力為零，實(shí)現(xiàn)空載啟動；比例方向閥左位工作時，調(diào)節(jié)比例溢流閥開啟壓力大于順序閥的開啟壓力，控制油打開順序閥，壓力油進(jìn)入有桿腔，無桿腔內(nèi)液壓油通過順序閥返回油箱，活塞桿縮回開啟閘門；比例方向閥右位工作時，調(diào)節(jié)比例溢流閥的開啟壓力小于順序閥的開啟壓力，壓力油進(jìn)入無桿腔，因順序閥未能打開，有桿腔內(nèi)液壓油經(jīng)比例方向閥后返回?zé)o桿腔，實(shí)現(xiàn)差動增速回路。

2.6 濾油回路設(shè)計

過濾器是液壓回路中一個重要的組成部分，主要作用是濾清外部混入或系統(tǒng)工作時內(nèi)部產(chǎn)生在液壓油中的固體雜質(zhì)，保持液壓油的清潔，延長液壓元件的使用壽面，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性。據(jù)資料統(tǒng)計，液壓系統(tǒng)故障有75%左右是油污造成的。在液壓啟閉機(jī)液壓控制系統(tǒng)中，首先得保證油箱里油液的清潔度，故在回油路上安裝高過濾精度回油過濾器，過濾進(jìn)入油箱的雜質(zhì)；其次是為了保護(hù)柱塞泵，在柱塞泵吸油管路上安裝了吸油過濾器，防止雜質(zhì)等污染物進(jìn)入液壓泵及系統(tǒng)；最后由于電液比例閥對油液的清潔度要求較高，而且考慮到此處過濾器要承受高壓，故在液壓泵的出口安裝一過濾器，保證電液比例閥工作安全可靠。

結(jié)語：

在新型雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)的設(shè)計中，電液比例技術(shù)是首選方法。電液比例技術(shù)控制原理簡單、可靠性高、性能良好、抗污染能力強(qiáng)、價格適中、控制精度和響應(yīng)特性均能滿足液壓啟閉機(jī)實(shí)際要求，在國內(nèi)外工業(yè)控制中得到了廣闊的應(yīng)用。因此，在液壓啟閉機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)用電液比例技術(shù)，是液壓啟閉機(jī)發(fā)展的趨勢，有很好的應(yīng)用前景。

[1]詹磊.新型雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)的設(shè)計與研究[碩士學(xué)位論文].昆明：昆明理工大學(xué)，2011.

[2]黃志堅.液壓伺服與比例控制實(shí)用技術(shù).中國電力出版社，2012.

[3]張紹九，等.液壓同步系統(tǒng).化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4]張利平.液壓控制系統(tǒng)設(shè)計與使用.化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[5]黃志堅.電液比例控制及應(yīng)用實(shí)例.化學(xué)工業(yè)出版社，2015.