向家壩升船機下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障分析

馬麟 黃仁輝 劉佳洋

摘 要：本文介紹了向家壩升船機橫導向系統及下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障，詳細講述了對該故障進行統計、理論分析、驗證及處理的過程。

關鍵詞：向家壩升船機;橫導向;導向缸;漏油;電磁閥

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0122-03

向家壩升船機所處河段為通航河段，通航里程上至新市鎮，下至宜賓市，全長105km。向家壩所處河段對金沙江內河運輸意義重大，設計年過壩貨運量為112萬噸，客運量為40萬人次。向家壩升船機按IV級航道設計，設計船型為 2×500 t（1 船 2 駁）船隊，同時兼顧1000t級單船。向家壩升船機為一級全平衡垂直升船機，布置在大壩左岸，升船機最大提升高度114.20m。船廂的升降運行由驅動系統驅動，在船廂升降運行期間橫導向機構對船廂進行橫向引導，使船廂橫向中心線始終位于兩側橫向導軌的對稱中心線上，并將船廂橫向載荷傳遞至塔柱。

1 橫導向系統

橫導向系統分為上游橫導向系統和下游橫導向系統，分別布置在船廂的上游側和下游側，每套橫導向系統由2套導向裝置和1套補償系統組成。2套導向裝置對稱布置在船廂兩側，在船廂運行時導向架跟隨船廂沿著導軌運行。在正常工況下，承壓條與橫向導軌面之間保持2mm的設計間隙，只有導向輪參與工作;在地震工況下，導向輪彈簧被壓縮，承壓條與導軌之間的間隙消失，船廂橫向載荷通過導向裝置傳遞至塔柱。補償系統分別由補償油缸和高位補油箱組成，通過管路與導向機構的油缸連接，用于補償導向裝置油液因泄漏和溫變產生的體積變化。

2 下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障

2.1? 故障情況統計

2019年12月下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障共出現24次。按時間分，9次為白天通航期間（8：00～20：00）報出，15次為停止通航后報出;按船廂位置分，13次為上游對接位報出，6次為下游對接位報出，5次為位于上下游對接位之間的位置報出;按船廂是否運行分，該故障報出時船廂均停止運行（11月29日船廂在上行過程中報出過該故障）;按船廂內有無船舶分，4次船廂有船，20次船廂無船。

2.2? 故障介紹

下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障會閉鎖船廂運行，需要現場進行橫導向偏差調整后船廂才能滿足運行條件，該故障的頻繁報出降低升船機通航效率。

從圖1可以看出，導向架與導向缸活塞桿相連，導向缸與船廂相連。導向缸偏離值為右側導向缸活塞桿行程值減去左側導向缸活塞桿行程值。

當導向架和船廂均處于基準位置時兩側導向缸活塞桿行程值為0.220m，導向缸偏離為0。當船廂偏離對稱中心線向左時，左側導向缸行程值小于0.220m（活塞桿相對于導向缸向中心線運動），右側導向缸行程值大于0.220m（活塞桿相對于導向缸向導軌運動），導向缸偏離值為大于0。當船廂偏離對稱中心線向右時，左側導向缸行程值大于0.220m，右側導向缸行程值小于0.220m，導向缸偏離值為小于0。當導向缸偏離值大于等于±10mm時故障報出。補償缸活塞桿行程值也會跟隨發生變化。

頻繁報出的故障為下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm，表明船廂偏離對稱中心線向右。2020年2月26日通航結束后至2月27日通航開始前對下游橫導向左右側導向缸行程值、補償缸行程值、壓力值變化統計如表1所示。

從表1可以看出，經過12個小時，左側導向缸行程變大5mm，右側導向缸行程變小1mm，補償缸行程變大37mm（補償缸行程基準值0.150，偏差超±50mm報補償缸偏離故障）。導向缸左腔壓力減小1MPa，導向缸右腔壓力減小0.3MPa，補償缸無桿腔壓力減小0.7MPa。

3 故障分析

3.1? 自然原因

風力作用及地震均可能導致船廂發生橫向移動，造成左右側導向缸偏差。向家壩升船機設計運行風級≤6級，基本地震設計烈度為7度。在2019年12月統計下游橫導向故障期間未發生地震，也無持續強風，因此該故障非自然因素造成。

3.2? 導軌原因

橫導向裝置的導軌不平會導致導向架牽引活塞桿移動，從而造成左右側導向缸偏差。導軌原因可分為：導軌某特定高程不平和導軌整體偏斜。

3.2.1 導軌某特定高程不平

如果某處導軌凹陷，凹陷處導輪懸空或由于彈簧作用伸出，另外三個導向輪正常受力，導向裝置形態未發生變化，不會引起活塞桿位置變化。如果某處導軌突起，凸起處導輪由于彈簧作用縮回，另外三個導向輪正常受力，導向裝置形態未發生變化，不會引起活塞桿位置變化。

3.2.2 導軌整體偏斜

假設左側導軌向左傾斜，船廂向上運動過程中，左側導向架牽引對應活塞桿向左運動，左側導向缸行程值變大。為保持船廂橫向中心線位于兩側橫向導軌的對稱中心線上，船廂整體向左移動，右側導向缸行程值變大。

假設左側導軌向左傾斜，船廂向下運動過程中，左側導向架牽引對應活塞桿向右運動，左側導向缸行程值變小。為保持船廂橫向中心線位于兩側橫向導軌的對稱中心線上，船廂整體向右移動，右側導向缸行程值變小。

由以上分析可知，當左側導軌向左傾斜，船廂經過一次上下往復運動后，兩導向缸行程值同步變化（行程值先變大后變小），最后理論上會恢復至基準值。此種情況下導向缸行程變化規律和表1中實際導向缸變化規律不一致，因此可以排除導軌整體偏斜導致下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障。導軌其余偏斜情況可以進行類似分析。

從故障情況統計也可以看出，該故障與船廂位置及船廂是否運行并無太大關系。

3.3? 漏油原因

液壓系統漏油會導致導向缸活塞桿移動，從而報出下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障。漏油原因分為液壓系統內漏和外漏。液壓系統內漏和外漏導致的現象一致，因外漏易于觀察，內漏不易察覺，所以重點進行液壓系統內漏分析。液壓系統內漏又分為導向缸左腔壓力油內漏、導向缸右腔壓力油內漏和補償缸無桿腔內漏。導向缸和補償缸通過電磁閥連接液壓系統壓力油和回油，具體連接情況如表2所示。

3.3.1 導向缸左腔壓力油內漏

如果電磁閥YV10或YV6內漏，左側導向缸行程值變大，右側導向缸行程值變小，補償缸活塞桿行程值變大。同時導向缸左腔壓力值變小，補償缸無桿腔壓力值變小。

3.3.2 導向缸右腔壓力油內漏

如果電磁閥YV7或YV4內漏，左側導向缸行程值變小，右側導向缸行程值變大，補償缸活塞桿行程值變大。同時導向缸右腔壓力值變小，補償缸無桿腔壓力值變小。

3.3.3 補償缸無桿腔壓力油內漏

如果電磁閥YV8或YV5內漏，導向缸行程值不變，補償缸活塞桿行程值變小。同時補償缸無桿腔壓力值變小，導向缸左腔和右腔壓力值變小。

根據以上分析發現，導向缸左腔壓力油內漏導致的導向缸行程變化和實際情況一致，因此初步懷疑電磁閥YV10或YV6內漏。

4驗證及處理

4.1 驗證

為驗證電磁閥YV10或YV6是否有內漏，進行如下試驗：關閉下游橫導向左、右側導向缸進出油閥門后觀察導向缸、補償缸行程及壓力變化。試驗結果如表3所示。

從表3可以看出，經過接近16個小時，左、右側導向缸行程無變化，補償缸行程變大11mm。導向缸左腔壓力由13.69MPa降低至0.04MPa（導向缸壓力測點位于進出油閥門遠離導向缸側），導向缸右腔壓力由14.57MPa增高至27.38MPa，補償缸無桿腔壓力減小0.39MPa。

在隔離導向缸和其連接管路后，導向缸左右側腔內的油被完全存儲在導向缸內，沒有發生泄漏，因此左、右側導向缸行程無變化。導向缸左腔其連接管路內壓力油來源被隔絕，管路內壓力油因量少而導致導向缸左腔壓力降低至接近于0，驗證了電磁閥YV10或YV6的內漏。

對于補償缸而言，導向缸左腔和右腔壓力共同作用，抵消補償缸無桿腔壓力，保持補償缸活塞桿處于穩定狀態。導向缸左腔壓力降低至接近于0后，原導向缸左腔和右腔壓力共同承受的壓力轉移至導向缸右腔單獨承擔，因此導向缸右腔壓力增高至原壓力大概2倍左右。進一步驗證了電磁閥YV7或YV4無內漏。

4.2 處理

2020年3月15日，向家壩升船機停航維護期間，對下游橫導向電磁閥YV10和YV6進行更換，更換電磁閥后再次對下游橫導向導向缸、補償缸行程及壓力變化進行記錄，記錄結果如表4所示。

從表4可以看出，更換下游橫導向電磁閥YV10和YV6后，導向缸行程細微變化，補償缸行程無變化。導向缸左腔、右腔及補償缸無桿腔壓力均無較大變化。

該結果證明電磁閥YV10和YV6確實存在內漏。

5 結論

橫導向系統的作用是對船廂進行橫向引導并將船廂橫向載荷傳遞至塔柱，對于升船機安全穩定運行有重要意義。下游橫導向僅導向缸偏離超-10mm故障的頻發影響了橫導向系統的正常運行，且該故障原因隱蔽性強，不易觀察及發現。經過統計、理論分析、驗證等過程，最終成功解決該難題，使得升船機橫導向系統恢復正常，助力向家壩升船機更好地服務金沙江內河航運。

參考文獻：

[1] 陳素艷，王麗.三峽水利樞紐工程升船機船廂橫向導向系統的設計[J].起重運輸機械，2013（1）：28-30.