新疆恰海水庫雙向門機夾軌器原理分析及改造

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局， 新疆 烏魯木齊 830000)

新疆恰海水庫雙向門機夾軌器原理分析及改造

馬運彬

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局， 新疆 烏魯木齊 830000)

本文全面介紹了恰海水庫雙向門機彈簧式液壓夾軌器液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。并詳細說明了設備在長期運行過程中，運行管理人員對液壓系統(tǒng)暴露出的缺陷進行的技術改造。

雙向門機；夾軌器；原理

1 概 述

恰海水庫是新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局管理下的一座Ⅰ等大(1)型水庫，也是全疆庫容最大的一座水庫。水庫聯(lián)合進水口塔頂平臺1003.00m高程上配備一臺大型2×1250/100kN雙向門機。主要作用是利用其主起升，啟閉水下深95m、重115t的深孔事故閘門。門機上游右側(cè)設有一臺容量為100kN的回轉(zhuǎn)吊，主要用于清除庫中較大的樹木。2012年以前使用的是QKD-A3自鎖式夾軌器，2011年因操作失誤險些造成重大事故后，于2012年進行了升級改造，門機上下游各安裝了一臺自動彈簧式液壓夾軌器，此夾軌器能自動將門機鎖定在軌道上，保證不受意外推力而滑動。夾軌器在主機運行機構開始運行前通過電氣按鈕進行松開控制，運行結(jié)束后通過電氣按鈕進行夾緊控制。夾緊和松開的狀態(tài)，電氣線路能自動反饋給PLC，提高了雙向門機的穩(wěn)定性及安全性。

2 夾軌器的液壓系統(tǒng)原理

2.1 夾軌器的松開與夾緊工況回路

a. 松開工況回路。夾軌器夾鉗松開工作方式是雙向門機主機運行機構運行前，液壓變量泵通電運行，電磁換向閥8得電，電磁閥切換，液壓油進入液壓缸有桿腔，推動活塞，壓縮彈簧，夾軌器夾軌鉗松開。壓力油的油路為：變量油泵2→單向閥6→單向節(jié)流閥9→液壓缸有桿腔10(見圖1)。

圖1 液壓系統(tǒng)原理

b. 夾緊工況回路。夾軌器夾鉗的夾緊過程中，油泵電機2斷電，電磁換向閥8失電，液壓油從液壓缸有桿腔流回油箱。動力為壓縮彈簧釋放時提供的6000kN左右不斷變化的彈力，通過橫梁、連桿、夾鉗及鉗口鐵來實施對鋼軌的夾緊。壓力油的油路為：液壓缸10有桿腔→單向節(jié)流閥9→電磁換向閥8→油箱1。

2.2 液壓系統(tǒng)的鎖緊回路

液壓系統(tǒng)的鎖緊回路是雙向門機主機運行機構在運行時，保持夾軌器始終處于完全松開工況的回路。當夾鉗完全松開后，油泵電機停止工作，電磁換向閥8得電，電磁閥切換。因單向閥6和電磁換向閥8的保壓作用液壓桿活塞向右鎖緊，即夾軌器始終處于完全松開工況，這里變量油泵出口處的單向閥6，不僅是鎖緊回路關鍵元器件，在油泵停止運轉(zhuǎn)時還有防止空氣滲入液壓系統(tǒng)的作用，并可防止執(zhí)行元件10和液壓管路等處的沖擊油壓力影響變量油泵(見圖1)。

2.3 液壓系統(tǒng)的缺陷和升級改造方法

此液壓夾軌器由伊河建管局為中國水電顧問集團成都勘測設計研究院專門定制設計，由鄭州科德自動化有限公司安裝調(diào)試。自2012年運行至今，有3次油缸活塞損壞，2次油缸活塞和前蓋出現(xiàn)較大間隙，造成了嚴重的壓力油內(nèi)泄和外泄。主要原因為夾軌器夾鉗夾緊軌道的動力裝置為壓縮的大型彈簧(見圖2)， 彈簧釋放彈力時沖擊力很強，導致液壓缸有桿腔的液壓桿負載大且力矩變化快。針對這一缺陷我們對液壓系統(tǒng)進行了分析和改進，液壓系統(tǒng)中液壓元器件9為單向節(jié)流閥，單向節(jié)流閥由內(nèi)部的單向閥與節(jié)流閥來共同控制系統(tǒng)內(nèi)部液體的流向。當液體正向流動時進行節(jié)流；當反方向流動時，單向閥打開，不進行節(jié)流。其內(nèi)部調(diào)控的精度不高。流量負載變化存在很大不穩(wěn)定性。其特點是：?結(jié)構簡單，便于制造和維修，價格便宜，成本低；?調(diào)節(jié)精度不高，且不能自動調(diào)節(jié)流量和壓力；?密封面易沖蝕，密封性能較差。正是單向節(jié)流閥的這些特點導致了夾軌器故障頻出，麻煩不斷。因此，我們將液壓系統(tǒng)中液壓元器件9更換為調(diào)速閥。調(diào)速閥是進行了壓力補償?shù)墓?jié)流閥。它由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成。節(jié)流閥前后的壓力分別引到減壓閥閥芯左右兩端，當負載壓力增大時，作用在減壓閥閥芯左端的液壓力增大，閥芯右移，減壓口加大，壓降減小，從而使節(jié)流閥的壓差(圖3的p3-p4)保持不變，當負載壓力減小時，同理節(jié)流閥的前后壓差亦然保持不變。這樣，單向節(jié)流閥9改造為調(diào)速閥后液壓缸有桿腔的回油流量恒定不變，總是設定流量(不受壓縮彈簧負載變化的影響)(見圖3)。

圖2 機械結(jié)構

圖3 升級改造后的原理

3 液壓夾軌器的電氣系統(tǒng)原理

3.1 主電路

主電路中三相總電源由帶脫扣的低壓斷路器QF1引入，F(xiàn)R1、FR2分別為上下游側(cè)電機過載保護熱繼電器，其可以防止泵站電機反復啟動、停止時的電流沖擊，防止夾軌器松開時力矩過大造成電動機過載。KM1、KM2為負載電機運行接觸器，其用以控制電機M1、M2的單向旋轉(zhuǎn)(見圖4)。

3.2 夾軌器的松開與夾緊控制電路

當雙向門機主機運行機構開始運行時，夾軌器必須提前松開。首先給控制電路接入220V電源，控制電源由低壓斷路器QF2引入，引入后電源指示燈HL5亮起指示。按下按鈕開關SB2，繼電器KA2首先通電吸合，KA2的兩個常開輔助觸頭瞬間閉合，常開輔助觸頭KA2(1-2)閉合進行電路的自鎖。由于自鎖回路的形成和輔助觸頭KA2(3-4)的閉合，上游電磁閥KV1、下游電磁閥KV2線圈通電吸合，電磁閥動作信號燈HL4亮起；交流接觸器KM1、KM2線圈通電吸合，電機運行信號燈HL2、HL3亮起，電機M1、M2在全電壓下直接啟動。兩臺電機正向運行,推動夾軌器液壓機構液壓桿，壓縮彈簧，夾軌器夾鉗放松。行程開關SQ2、SQ1實現(xiàn)夾軌器放松到位，切斷電機M1、M2的電源。夾軌器夾鉗完全放松時，會觸發(fā)上下游液壓夾軌器的行程開關SQ1和SQ2，行程開關的常閉觸頭SQ1(11-12)、SQ2(5-6)斷開，切斷主電路；常開觸點SQ1(9-10)、SQ2(7-8)閉合，使時間繼電器KT1通電吸合，延時10s后，大車控制回路的常開觸頭KT1(13-14)閉合，接通雙向門機主機運行機構的連鎖回路，同時向PLC發(fā)出可以運行的開關量信號，電氣系統(tǒng)中夾軌器放松信號燈HL1亮起。

當雙向門機主機運行機構停止使用時，按下按鈕SB1，繼電器KA2線圈失電，其兩個常開觸點復位。上游電磁閥KV1、下游電磁閥KV2線圈失電，電磁換向閥復位。壓縮彈簧釋放到位后，行程開關各觸點復位。夾軌器夾緊軌道，聯(lián)鎖繼電器KT1線圈失電，斷開雙向門機主機運行機構的連鎖回路，同時向PLC發(fā)出禁止運行的開關量信號，電氣系統(tǒng)中所有信號燈熄滅。

3.3 聯(lián)鎖與保護電路

熔斷器FU1為整個控制電路實現(xiàn)電流的短路保護。熱繼電器FR1、FR2為電動機M1、M2的過載保護。中間繼電器KA2為整個控制回路的零壓欠壓保護。夾軌器放松到位時，行程開關SQ2、SQ1實現(xiàn)雙向門機主機運行機構運行的聯(lián)鎖。KT1時間繼電器實現(xiàn)雙向門機主機運行機構運行PLC程序和電氣線路的聯(lián)鎖，即此電路具有電氣和程序上的雙重聯(lián)鎖(PLC程序聯(lián)鎖的實現(xiàn)，本文不作介紹)

3.4 電路特點

電氣線路簡單、可靠，具有完善的保護和聯(lián)鎖；具有必要的信號指示電路，預防操作人員誤操作；夾軌器的夾緊放松控制有嚴格的程序要求，以確保先松開，門機再移動，再夾緊。

這些由此電路控制，液壓、機械配合來實現(xiàn)。

圖4 電氣系統(tǒng)原理

4 結(jié) 語

恰海水庫雙向門機上的彈簧式液壓夾軌器在6年使用過程中，運行管理人員不斷對其進行分析和技術改進，目前，此設備控制方便，運行穩(wěn)定可靠，完全滿足雙向門機抗滑要求，適應恰海水庫的使用環(huán)境，是理想的安全裝置。

PrincipleAnalysisandTransformationofBidirectionalDoorRailClampDeviceinXinjiangQiahaiReservoir

MA Yunbin

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentandConstructionAuthority,Urumqi830000,China)

In the paper, spring hydraulic rail clamp hydraulic system and electrical control system of bidirectional door device in Qiahai Reservoir are introduced comprehensively. The technical transformation of operation management personnel on defects exposed in the hydraulic system during long-term operation of the equipment are explained in details.

bidirectional door device; rail clamp; principle

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.08.011

TV48

：A

：1673-8241(2017)08-0042-04