水利工程論文-液控同步雙驅動水力自動翻板閘設計.doc

水利工程論文-液控同步雙驅動水力自動翻板閘設計摘要：針對水力自動翻板閘在工程實際運行中普遍存在著啟閉不靈、振動、拍打、撞擊等問題，設計出液控同步雙驅動水力自動翻板閘.該翻板閘是在傳統(tǒng)自動翻板閘的基礎上，增設液壓控制同步啟動裝置，使兩者有機結合，在閘門運行時既能在水力及自重作用下平穩(wěn)開關，也可借助液控同步啟動系統(tǒng)隨意開啟或關閉閘門，由于液壓缸起到了減震器的作用，可以有效地消除翻板閘存在的振動、拍打、撞擊現(xiàn)象.關鍵詞：水力自動翻板閘同步啟動裝置液壓控制水力自動翻板閘的基本工作原理是利用水力及閘板自重完成閘門的自動開關運行，其發(fā)展歷程經(jīng)過單鉸、雙鉸、多鉸、曲線鉸、漸開式等門型.上述各類翻板閘普遍存在振動、拍打、撞擊、啟閉不靈等現(xiàn)象，而且大都不能人為控制，有的雖然加設了輔助動力，但其同步問題沒有解決.筆者設計的液控同步雙驅動水力自動翻板閘，有效地解決了上述存在的一系列問題，使閘門在運行中，既能在水力作用下平穩(wěn)地自行開關，也可借助同步控制系統(tǒng)，隨意開啟閘門.液控同步雙驅動水力自動翻板閘門主要技術特點是采用液壓同步雙驅動控制系統(tǒng)與雙鉸水力自動翻板閘的有機結合，具有運行同步、油路管道布置簡單、控制設備精巧、水力組合優(yōu)良等特性.1雙鉸水力自動翻板閘設計翻板閘主要由閘門板、轉動鉸、支墩及底板組成，利用水力和重力的作用自動啟閉，其所需要解決的主要技術問題是閘門的自動開啟與關閉.根據(jù)文獻及閘門與啟閉機相關理論，閘門的開啟與關閉計算按力矩平衡方程式計算（圖1）.計算公式如下：開門計算：式中：Kk，Kb分別為閘門的自開和自閉系數(shù)；W1，W2為閘門自重和配重重量；W3為門頂水重；P1，P2分別為閘門上、下游水壓力；P3為閘門底浮托力；Pt，Ps分別為閉門時的上托力和啟門時的下吸力；Mfk，Mfb分別為開門時和閉門時轉動鉸及封水的摩阻力力矩；x1，x2，x3，y1，y2，z1，z2分別為各荷載對轉動鉸中心的力臂.設計過程中，為了使計算更接近實際，筆者在考慮了上述因素之外,還考慮了底止水上的水重以及油缸的阻尼力.閘門的開關門計算是一個比較復雜的過程，要通過反復的試算，不斷改變閘板的結構型式及鉸的尺寸，直到最后確定出最合理的閘板結構、鉸的大小和符合要求的開、閉門系數(shù).這幾項要求是有機地聯(lián)系在一起的,任何一項的改變，都會影響其他幾項.翻板閘的開關門計算是一個繁瑣而細致的工作，計算正確與否，對閘門在實際應用中的安全起著至關重要的作用.根據(jù)上述理論，筆者研究設計出4種規(guī)格的雙鉸翻板閘(均為等跨雙懸臂結構，所用材料均為鋼筋混凝土)，見表1.在上述4種規(guī)格的翻板閘中,4m4.5m和2.6m4.5m翻板閘已通過山東省水利科學研究院水工模型試驗，其余2種經(jīng)過實際運行，表明各項性能均符合設計要求.2減震問題及液壓缸設計各類翻板閘如沒有減震裝置，都不同程度地存在震動、拍打、撞擊現(xiàn)象，要解決這些問題就需增設減震裝置.對于減震裝置，筆者起初考慮使用的是油壓減震器，閘板在翻轉過程中，由于減震器的阻尼作用，能有效地降低或消除震動、拍打及撞擊現(xiàn)象，這一作用在山東省水利科學研究院所做的水工模型試驗中得到驗證.筆者在設計開發(fā)了液控同步雙驅動水力自動翻板閘后，油壓減震器被液壓缸所代替，在正常運行時，液壓缸就起減震器的作用，而且由于控制系統(tǒng)中液壓閥的作用，油的流動更均勻，液壓缸運動更平穩(wěn)，從而使閘板的翻轉也更平穩(wěn).液壓缸設計時，主要確定以下因素：閘門靜止擋水時，油缸初始長度（安裝距）L1；閘門全部翻倒時，油缸終止長度L2；L1，L2可由翻板閘原理圖，按幾何關系計算求得；最大行程L=L2L1；推力、拉力計算:根據(jù)閘門運行時可能出現(xiàn)的最不利情況，確定推力、拉力的大小；油缸推力、拉力確定后，可由式(5)和式(6)確定油缸內徑D及活塞直徑d.式中：F為活塞上的有效壓力，；P為液壓缸的工作壓力，Pa.上述計算完成后，結合油缸外形安裝及連接尺寸即可選出合適的油缸.3控制臺油泵站的設計油泵站設計的關鍵是液壓閥的選擇.根據(jù)翻板閘的工作特點，在液壓回路設計中設置了兩臺Y”形和“O形電磁換向閥，在電磁換向閥均失電情況下，翻板閘處于自由翻動狀態(tài)，當兩位閥通電時，又可通過三位閥兩個電磁鐵的通斷電，實現(xiàn)翻板閘的開啟、關閉或鎖定.電磁換向閥型號的選擇，由回油路最大流量和系統(tǒng)工作壓力確定.而回油路最大流量取決于閘門的設計開、閉門速度.因此，當開、關門速度設計確定后，根據(jù)油缸的行程以及內徑D即可計算出最大流量，結合系統(tǒng)工作壓力即可確定電磁閥的型號.為使閘門運行同步，確保運行安全，在系統(tǒng)回路中，必須加設同步裝置.同步閥的選擇方法與電磁閥的選擇相似.上述液壓閥是油泵站中的關鍵部件，閘的運行方式取決于閥的功能.因此，當液壓閥確定后，油泵站設計的主要任務也就完成了.4液壓系統(tǒng)設計應注意的問題翻板閘液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境在野外，其工作環(huán)境的相對濕度、風沙、粉塵污染較大，且夏季環(huán)境溫度較高,因此在系統(tǒng)設計時應采取以下措施.a.液壓系統(tǒng)的主油泵應選用齒輪泵，該種泵成本低，抗污染力強，對液壓系統(tǒng)的清潔度要求低，所以該泵最適合于翻板閘液壓系統(tǒng).b.電磁閥應選擇電磁線圈全塑封式結構的電磁閥，以便適宜在各種潮濕的工作環(huán)境下工作，從而延長其使用壽命.5結語液控同步雙驅動水力自動翻板閘在山東省費縣已投入應用，并在其他縣、市也得到廣泛的推廣，使用效果良好，運行中無振動、拍打、撞擊現(xiàn)象，開門時間為3min，關門時間為1.5min，自動啟閉，控制啟閉靈活，實際運行