基于某單級船閘人字門頂樞處位置傳感器的優(yōu)化設(shè)計

王雪萍，邊 級，喬小東

（長江三峽通航管理局，湖北宜昌 443002）

0 引言

國務(wù)院“十二五”對內(nèi)河水發(fā)展的任務(wù)指示[1]，結(jié)合自動化技術(shù)不斷發(fā)展及船舶過閘需求持續(xù)增長的背景，位置傳感器在船舶過閘任務(wù)日益繁忙的新形勢下發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2]。

屈斌介紹了水位、位移和位置傳感器的工作方式，分析了傳感器系統(tǒng)運行工藝在提高船閘運行效率中的有效性與直接性[3-4]。鄭航研究了人字門新型固門工裝新裝置，分析了新裝置對節(jié)約施工時間和空間的深遠影響意義[5]。為此，設(shè)計一種人字門頂樞處的位置傳感器集成化裝置，分析了傳統(tǒng)位置檢測傳感器的結(jié)構(gòu)和分布形式。結(jié)合新裝置在人字門中的結(jié)構(gòu)特點與優(yōu)勢，解決人字門頂樞處的位置傳感器更換、維修以及調(diào)試時間長等實際問題，為其他船閘人字門位置傳感器集成化的設(shè)計提供借鑒及參考。

1 位置傳感器

1.1 位置傳感器的分布和功能

本文闡述的船閘人字門的位置傳感器安裝形式為兩部分，一部分是安裝在人字門機架上的開終、關(guān)終接近開關(guān)與極限保護開關(guān)，另一部分是安裝在人字門頂樞處的開、關(guān)終限位開關(guān)和開度儀。其中，人字門機架上的開終、關(guān)終接近開關(guān)與人字門頂樞處的開、關(guān)終限位開關(guān)互為冗余，以頂樞上的開關(guān)發(fā)訊為主，以機架上的開關(guān)發(fā)訊為保護。當(dāng)其中一個檢測開關(guān)發(fā)生設(shè)備故障時另外一個能正常工作，保證整體系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

開度儀不僅反映了人字門開度的數(shù)值大小，而且參與人字門速度控制。同時通過可視化的方式，指導(dǎo)操作人員對人字門進行作業(yè)控制。

因此，位置傳感器對船閘人字門安全運行非常重要，其維修效率也與通航效率息息相關(guān)。

1.2 位置傳感器的結(jié)構(gòu)形式

船閘人字門頂樞處的位置傳感器包括開終、關(guān)終限位開關(guān)和開度儀傳感器，如圖1 所示。人字門頂樞旋轉(zhuǎn)中心上方為開度儀位置傳感器，開度儀采用絕對型編碼器，它不僅作用于人字門開度顯示，而且直接作用于人字門的同步運行控制。開終、關(guān)終限位開關(guān)分布頂樞與AB 桿連接的邊緣，選用施耐德公司接近式行程開關(guān)。由圖1 可以看出，人字門頂樞處的位置傳感器所處空間狹小，位置分散，且暴露在潮濕空氣中。

圖1 人字門頂樞處位置傳感器

1.3 位置傳感器的工作特性

該船閘人字門位置傳感器由開終、關(guān)終和開度儀等傳感器組成，安裝位置較為分散，其中人字門頂樞處的開終、關(guān)終限位開關(guān)一部分在AB 桿（在人字門頂樞處交叉布置的兩根拉桿）上。在歷次船閘大修期間，人字門進行同步頂升維修時，維修人員需要逐一拆除頂樞處的位置傳感器，檢修完成后需要重新安裝，耗費時間較長。在日常故障維修中，位置傳感器損壞也需快速拆卸更換，以便減小對船閘通航效率的影響。同時維修更換后，需對人字門頂樞處位置傳感器多次調(diào)校，以保證限位開關(guān)精確定位，開度儀也需要同軸度調(diào)整到位。總之，維修需要時間較長，不論是船閘大修還是日常搶修，均需在施工時間緊迫的環(huán)境下完成較為繁瑣的維修任務(wù)，維修效率有待提升。另外，在日常船閘運行過程中，由于開終、關(guān)終限位開關(guān)撞塊位于頂樞邊緣處，存在被船舶撞擊變形的情況。并且開、關(guān)終限位開關(guān)和開度儀始終暴露在外部環(huán)境中，尤其是在夏冬季節(jié)，晝夜溫差過大，人字門開關(guān)位置感應(yīng)板隨溫度變化發(fā)生變形或者使開關(guān)電器屬性發(fā)生改變，導(dǎo)致人字門頂樞處開、關(guān)終信號及開度儀發(fā)訊不準(zhǔn)確。

2 位置傳感器集成化新裝置結(jié)構(gòu)及原理

為解決上述問題，設(shè)計了一種位置傳感器集成化新裝置，其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2 所示。該裝置3 個支點分別固定在A、B桿和門體旋轉(zhuǎn)中心處，其中門體旋轉(zhuǎn)中心處支點上方固定有開度儀（不參與控制，用以檢測數(shù)值）。開門時，該支點下方延長出的撞塊跟隨門體一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)撞塊碰到平面板上的接近開關(guān)1時，門體停止運動。同理，關(guān)門時碰到接近開關(guān)2 時，門體停止運動。兩接近開關(guān)中心與旋轉(zhuǎn)中心夾角為67.5°（通過調(diào)節(jié)接近開關(guān)的位置來實現(xiàn)）。

圖2 位置傳感器集成化裝置及工作原理

該集成化裝置采用新型航空鋁合金材料，具有強度高、剛度好和堅固耐用的特點，可以減輕平臺重量。除此之外，可以利用鋁合金耐腐蝕的優(yōu)點，可以和裝置上的遮罩層共同起到防腐蝕保護作用。

3 應(yīng)用前景及不足

（1）應(yīng)用前景。目前船閘人字門頂樞處的開、關(guān)終限位開關(guān)和開度儀在維修和運行中均具備研究提升的空間。本文通過設(shè)計一種船閘人字門頂樞位置傳感器集成化裝置，降低設(shè)備故障，實現(xiàn)快速檢修，減少停航時間，提高通航效率。加快滿足日益增長的船舶過閘需求，推進長江航運通航高質(zhì)量發(fā)展。

（2）不足之處。由于該集成化裝置整體位于人字門頂樞上，在船閘運行過程中若某處小部位受到船舶撞擊或其他情況，可能會導(dǎo)致裝置出現(xiàn)整體失衡移位情況。人字門頂樞上還有其他油路管線，對該裝置在人字門頂樞上布置存在影響，還需進一步考慮。

4 總結(jié)

以當(dāng)前長江上某座單級船閘人字門位置傳感器為研究對象，從位置傳感器的分布情況入手，剖析位置傳感器在人字門中的結(jié)構(gòu)形式，理清其在目前航運背景下的工作特點，設(shè)計一種人字門位置傳感器的集成化保護裝置，通過對位置傳感器集中化管理方式，有效解決上述問題，同時對新裝置的不足提出了要求，為后續(xù)位置傳感器集成化裝置的設(shè)計及研究提供參考價值。