太浦閘活動橋面液壓同步升降技術的應用

(太湖流域管理局蘇州管理局，江蘇 蘇州 215011)

1 前 言

太浦閘修建于20世紀50年代，位于江蘇省蘇州市吳江區境內，西距太湖約2.0km，是太湖流域骨干河道太浦河的泄洪及輸水建筑物。為改善太湖航行條件、促進地方經濟發展，2012年12月27日水利部批復太浦閘除險加固工程10號節制閘孔變更為套閘的設計報告。為盡量減少對原設計的影響，控制土建投資和滿足船舶過閘凈空的要求，在不改變太浦閘原有任務和功能的前提下，將套閘交通橋設計成活動橋面。

2 組成原理

太浦閘活動橋面為單跨簡支鋼梁結構，長12.9m、寬8.5m、高0.7m、重40.1t?；顒訕蛎嫦虏績蓚乳l墩各垂直安裝2個頂推力400kN、升降速度0.3m/min的液壓油缸，利用液壓同步升降系統使4個液壓油缸的活塞桿從0mm(2100m)同步伸出(收縮)至2100m(0mm)，帶動活動橋面平穩升降。該液壓同步升降系統由液壓控制系統、計算機控制系統和手動控制系統三部分組成，并具備多種安全保障措施。

2.1 液壓控制系統組成原理

液壓控制系統由油箱、電動機、高壓油泵、溢流閥、電磁換向閥、橋式換向回路、電磁比例流量閥、液控單向閥和液壓油缸等主要元件組成。上升活動橋面時，電動機帶動高壓油泵輸出液壓油，經溢流閥溢流后產生12MPa的工作壓力油，工作壓力油經電磁換向閥和橋式換向回路換向后，分4路通過電磁比例流量閥和液控單向閥進入液壓油缸，此時4個活塞桿同步伸出，活動橋面上升。下降活動橋面時，經溢流閥溢流產生2.5MPa工作壓力油經電磁換向閥換向后，分4路打開液壓油缸的液控單向閥，4個液壓油缸內的液壓油分別經橋式換向回路和電磁換向閥換向后，通過電磁比例流量閥流回油箱，此時4個活塞桿在活動橋面的重力下同步收縮，活動橋面下降。液壓控制系統如圖1所示。

圖1 液壓控制系統

2.2 計算機控制系統組成原理

計算機控制系統用于控制液壓元件，由工控機、觸摸屏、可編程邏輯控制器(PLC)、電子比例放大器、位移傳感器、壓力傳感器等主要部件組成。工控機用于遠程控制，能實時顯示液壓元件的運行情況(開度、高差、壓力等，下同)并記錄整個控制過程供以后查詢。觸摸屏用于現地控制，可輸入開度、高差和壓力等上下限控制參數并實時顯示液壓元件的運行情況。PLC和4組(每個液壓油缸1組)位移傳感器、電子比例放大器、電磁比例流量閥構成閉環控制，連續檢測4個液壓油缸之間的行程高差并自動調整同步；當某組的電子比例放大器或電磁比例流量閥出現故障，則打開該組橋式換向回路的高壓球閥，其他3組仍可連續檢測正常液壓油缸與故障液壓油缸之間的行程高差并自動調整同步。閉環控制流程及計算機控制流程如圖2、圖3所示。

圖2 閉環控制流程

圖3 計算機控制流程

2.3 手動控制系統組成原理

手動控制系統在上述液壓、電氣元件的基礎上由控制按鈕、電磁換向閥手柄、單向節流閥和橋式換向回路的高壓球閥手柄等組成，手動控制系統分“按鈕控制”和“手柄控制”兩種控制方式，在計算機控制系統出現故障無法正常使用時應急升降活動橋面。“按鈕控制”時，首先按高壓油泵的啟動按鈕，延時10s后按液壓油缸的上升(下降)總按鈕，活動橋面平穩上升(下降)；在活動橋面運行過程中，當4個液壓油缸的行程高差超過控制參數時，立即按液壓油缸的停止總按鈕，然后逐個點動4個液壓油缸的調整按鈕使液壓油缸行程同步?！笆直刂啤睍r，首先打開4個高壓球閥手柄，接著按高壓油泵的啟動按鈕，延時10s后根據活動橋面上升(下降)的要求操作電磁換向閥換向手柄，活動橋面平穩上升(下降)；在活動橋面運行過程中，當4個液壓油缸的行程高差超過控制參數時，逐個調整4個高壓球閥手柄使液壓油缸行程同步。

3 安全措施

由于太浦閘套閘用于船舶通航，涉及人員和船舶的生命、財產安全，活動橋面升降的可靠性和船舶過閘的安全性至關重要。為此，液壓同步升降系統在PLC程序的設計和液壓元件硬件的配置中采取多項安全保障措施。

3.1 PLC程序設計中的安全措施

a.活動橋面上升(下降)過程中，位移傳感器連續檢測4個液壓油缸的行程，電磁比例流量閥自動調節流量，確保同步高差不大于10mm；當同步高差大于20mm時報警，大于30mm時高壓油泵停止運行。

b.活動橋面上升(下降)過程中，4個位移傳感器中的任意1個因卡阻等故障導致液壓油缸位移數據停止變化5s時，高壓油泵停止運行。

c.活動橋面處于全開位置時，由于液壓油缸內部泄漏導致下滑量達到100mm時，主高壓油泵啟動將活動橋面上升至全開位置；如主高壓油泵未能啟動，繼續下滑量達到200mm時，副高壓油泵啟動將活動橋面上升至全開位置，同時發出報警信號。

3.2 液壓元件硬件配置中的安全措施

a.液壓系統管路中裝有油壓壓力傳感器，當油壓超過額定壓力時發出報警信號，達到最高壓力時高壓油泵停止運行。

b.液壓油箱中裝有油溫傳感器和油位傳感器，當油溫過高時發出報警信號，油位過低時高壓油泵停止運行。

c.由于活動橋面下部的4個液壓油缸之間通過高壓橡膠軟管連接，一旦軟管爆裂后果不堪設想，為此每個液壓油缸的缸體上都裝有液控單向閥，可在故障時及時鎖定液壓油缸，確?；顒訕蛎娌粫禄騼A斜。

4 注意事項

雖然太浦閘活動橋面的液壓同步升降系統已經在PLC程序的設計和液壓元件硬件的配置中采取了多項安全保障措施，但是在日常的運行管理和維護保養中還應注意以下事項。

4.1 運行管理注意事項

a.同步升降系統必須配備經過專門培訓、考試合格、持證上崗的專業操作人員。

b.活動橋面升降前，同步升降系統的軟、硬件均應處于正常、可靠狀態，各崗位工作人員通信聯絡暢通。

c.活動橋面升降過程中，計算機控制系統出現故障無法正常使用時，從手動控制系統中選用“按鈕控制”或“手柄控制”方式進行應急控制。

d.活動橋面升降過程中，嚴禁無關人員、車輛及船舶靠近，現場工作人員必須密切監視活動橋面的運行工況。

e.活動橋面升降到位、液壓油缸鎖定可靠后，閘室內和交通橋上的船舶、人員、車輛才能通航或通行。

4.2 維護保養注意事項

a.液壓油缸的位移傳感器安裝在室外，工作條件惡劣，必須采取防潮濕、防沙塵等措施，以免位移數據跳躍而影響活動橋面的正常升降。

b.手動控制系統“手柄控制”時，活動橋面上升(下降)的同步高差依賴4個高壓球閥手柄的調整精度，因此日常維護保養時高壓球閥手柄精度的調整工作不容忽視。

c.PLC、位移傳感器、電子比例放大器和電磁比例流量閥構成的閉環控制過程需要一定的時間，因此高壓油泵的流量和液壓油缸的速度不宜調整得過大、過快，否則活動橋面在升降過程中容易發生抖動現象，從而影響同步精度。

5 結 語

太浦閘除險加固工程自2014年9月16日完工移交運行管理單位以來，活動橋面已安全運行百余次(含船舶通航和日常維護)，實踐證明由液壓控制、計算機控制和手動控制3種功能組成的同步升降系統是安全、可靠的，工程管理單位運行管理和維護保養方法是正確的。