水閘中液壓啟閉系統(tǒng)常見故障分析及維修工藝

楊 波

(深圳市公明供水調(diào)蓄工程管理處，廣東 深圳 518000)

0 前 言

液壓啟閉機在水利工程中使用廣泛 ,啟閉系統(tǒng)運行狀態(tài)密切關(guān)系著水利工程的日常運行質(zhì)量。因此，液壓啟閉機啟閉系統(tǒng)的故障管理與維修也逐漸成為各個已建工程的日常管理工作重點。

1 某閘液壓啟閉系統(tǒng)

1.1 工程概況

如圖1所示，某水閘屬于Ⅱ級建筑物，并且是一種大型水閘，主要具備的功能有3種：第1種為排洪功能，第2種為引潮功能，第3種為蓄水功能。其應(yīng)用的閘門類型為22孔實腹式平板鋼閘門，并且，各孔均配備了相應(yīng)的液壓啟閉機，共同構(gòu)成閘門整體結(jié)構(gòu)。該水閘所應(yīng)用到的液壓系統(tǒng)為兩套相對獨立的系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)由水閘中間分開，中間位置處存在3只常閉高壓球閥，每側(cè)的11孔閘門分別由各自系統(tǒng)獨立控制。當遇到特殊情況時，可以將中間位置處的球閥打開，連通供油母管。

圖1 閘門啟閉機示意圖

1.2 單孔閘門啟閉形式

如圖2所示，本工程水閘選擇的是單孔閘門啟閉形式，具體的工作原理為：在伸縮式單作用液壓啟閉機的應(yīng)用下，為壓力油運作提供了單作用形式。閘門開啟過程中，會在液壓啟閉機作用下緩緩上升，待到達既定位置后，會自動停止、鎖定。當需要關(guān)閉閘門時，啟動液壓啟閉機，有效解除鎖定狀態(tài)，并在其作用下緩緩下降，最終達到既定位置后停止下降，從而完成閘門的開啟與關(guān)合。

圖2 單孔閘門液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3 雙節(jié)頂升式啟閉機結(jié)構(gòu)

本工程水閘所應(yīng)用的液壓啟閉機詳細參數(shù)如表1所示，其中共包括兩個行程情況，分別是5350mm以及5450mm,該啟閉機結(jié)構(gòu)具備伸縮式以及單作用特性，共有兩節(jié)柱塞桿。

表1 液壓啟閉機詳細參數(shù)表

分別對該啟閉機結(jié)構(gòu)的伸縮式結(jié)構(gòu)、單作用、適用性表現(xiàn)以及受力特點進行分析，具體如下：

1)伸縮式結(jié)構(gòu)。如圖3以及圖4所示，伸縮式結(jié)構(gòu)由較多零部件組成，包括進油槽、缸筒、兩個柱塞環(huán)、兩個下限位、兩個上限位、兩個柱塞桿、橡膠墊、螺母、防塵端蓋、法蘭以及導(dǎo)向套等，其中，兩個柱塞桿與缸筒相互作用，共同完成啟門運行，實際運行過程中，兩個柱塞桿會同時伸出，會經(jīng)歷兩個行程，到達行程一5350mm后，其中一個柱塞桿會停止伸出，而另一個會繼續(xù)伸出，直至到達行程二5450mm，最終共完成總行程10800mm,達到最終的啟門高度，完成啟門操作。

圖3 柱塞缸部件圖

圖4 柱塞缸組裝圖

2)單作用。該結(jié)構(gòu)中缸筒只有一個油口，同時作為回油口與進油口存在，因此，壓力油只能通過該口到達缸筒內(nèi)部，對柱塞發(fā)生作用，使之不斷向上。主要的特點為只能通過液壓力作用進行單方向向上運動，而向下運動憑借柱塞自重即可實現(xiàn)，不用再添加回油管路，即可良好滿足工作需求。

3)適用性表現(xiàn)。主要表示的是缸筒只是起到支承缸筒的作用，兩者并不發(fā)生直接接觸，這種情況下，會使缸筒加工更為簡易，同時，可以將導(dǎo)向輔助裝置加入其中，可滿足長行程要求[1]。

4)受力特點。在這一方面，因為液壓缸實際工作中往往會經(jīng)常受到壓力作用，所以需要具備較強的剛度，基于這點考慮，實際設(shè)計制造環(huán)節(jié)將長行程特點與單作用運行方式結(jié)合在一起，最終通過兩級頂升的方式開啟閘門，可以更好地發(fā)揮自身作用。

1.4 液壓啟閉系統(tǒng)運行問題

通常情況下，該系統(tǒng)短時間內(nèi)運行均不會出現(xiàn)嚴重的運行問題，若超過十年的長期運行，往往會出現(xiàn)一些不良的故障情況，例如一些漏油問題，還會存在泄漏、啟閉速度無法很好地滿足要求、啟閉機運行出現(xiàn)爬行狀況等。

2 故障分析

導(dǎo)致故障發(fā)生的原因較多，重點對液壓缸導(dǎo)致的故障進行探討。

2.1 外泄漏故障

通常而言，出現(xiàn)這一故障的主要原因是缸蓋密封不嚴、密封線圈裝配不良或發(fā)生破損、柱塞桿存在表面損傷等[2]。

2.2 速度未滿足要求

這一問題的出現(xiàn)，主要有以下原因，第一，摩擦力太大；第二，出現(xiàn)了內(nèi)泄漏問題；第三，由于柱塞桿彎曲，增大了運動阻力等。

2.3 爬行故障

在油壓作用下，柱塞缸會進行上下運動，這一環(huán)節(jié)中，往往會存在速度時快時慢，同時存在異響以及振動問題，情況嚴重時會造成液壓系統(tǒng)發(fā)生共振，從而出現(xiàn)低速爬行問題。導(dǎo)致爬行故障的原因較多：①安裝位置存在誤差；②缸內(nèi)進入了空氣；③缸筒內(nèi)壁存在拉毛問題；④密封件壓得太緊；⑤柱塞桿出現(xiàn)彎曲問題等。

3 故障維修工藝

3.1 維修流程

液壓啟閉系統(tǒng)故障維修過程中，主要會經(jīng)歷以下步驟：步驟一，將缸筒拆開；步驟二，仔細清洗其中的各個零部件；步驟三，對所有零部件進行復(fù)測，尤其是一些重要零部件的表面要作為重點復(fù)測內(nèi)容，通過復(fù)測結(jié)果制定出針對性的維修措施；步驟四，復(fù)測完畢后，需要詳細記錄零部件的損壞情況，同時確定維修；步驟五，對于出現(xiàn)腐蝕問題的零部件，需要進行防腐處理，若腐蝕嚴重則需要及時更換；步驟六，更新密封件；步驟七，待所有零部件處理并更換完畢，重新進行缸筒安裝；步驟八，根據(jù)相應(yīng)的驗收規(guī)范做好出廠驗收工作；步驟九，按照拆除的逆向順序進行現(xiàn)場安裝調(diào)試；步驟十，試運行，詳細監(jiān)控是否存在異常。

3.2 故障維修的特殊處理方式

3.2.1 優(yōu)化上限位一進油槽

實際調(diào)試環(huán)節(jié)，一些油缸在啟閉時會存在頓挫情況，并且啟門速度也較為緩慢，通過實際檢查發(fā)現(xiàn)是上限位一的進油槽沒有對整進油孔的連接油路，從而影響到了啟門速度 。可以通過優(yōu)化進油槽結(jié)構(gòu)的方式加以解決，如圖5所示，改造過后，試運行獲得了較好效果。

圖5 進油槽改造圖

3.2.2 通過測壓接頭加裝排氣旋塞

當前油缸不具備排氣閥，但設(shè)計規(guī)范中卻要求要具備排氣裝置，因此，需要加裝排氣旋塞，實際的試運行環(huán)節(jié)，有效利用排氣旋塞將缸內(nèi)存在的空氣排出，空氣排除完畢，為防止噴油問題的發(fā)生，需要擰緊旋塞，從而有效解決抖動以及爬行故障。

3.2.3鍍鉻工藝

如果柱塞桿表面損壞比較嚴重，只是實施表面拋光則無法達到有效修復(fù)，因此，需要進行電鍍處理，實際工藝步驟如下：

1)將原表面鍍層清除干凈。

2)進行外圓珩磨以及拋光處理，需要注意不可造成較大的尺寸偏差。

3)進行兩次鍍鉻。檢驗半成品，并將其處理干凈；裝工裝及導(dǎo)線；清洗下鍍鉻槽。首次鍍鉻將溫度設(shè)置為55±2℃，進行陰極導(dǎo)線安裝，并預(yù)熱20-30min。樣機侵蝕，逐漸旋轉(zhuǎn)零件，此時電流密度為10A/dm2，侵蝕時間為30-45min。正鍍過程中電流密度為15A/dm2，并將溫度控制在72±2℃，同樣緩緩旋轉(zhuǎn)零件，正鍍時間為6h。在5h后降溫，進行起槽拋光處理。第二次鍍鉻，同樣經(jīng)歷預(yù)熱、陽極侵蝕以及正鍍環(huán)節(jié)，預(yù)熱環(huán)節(jié)，控制溫度在50±2℃，持續(xù)時間為20-30min。陽極侵蝕環(huán)節(jié)的電流密度為10A/dm2，將溫度控制在50±2℃，緩緩旋轉(zhuǎn)零件，維持時間在5-10min。正度環(huán)節(jié)電流密度為15A/dm2，并將溫度控制在45±2℃，同樣緩緩旋轉(zhuǎn)零件，時間為26h。鍍鉻完成后，起槽、清洗最后砂光，隨后檢驗鍍鉻質(zhì)量。

4)拋光處理。這一過程中，需要將表面毛刺清理干凈，對鍍層厚度及質(zhì)量進行全面檢查，要滿足設(shè)計圖紙要求，起吊環(huán)節(jié)不可發(fā)生磕碰，以免影響到實際使用質(zhì)量。

3.3 油缸檢測

嚴格按照設(shè)計要求開展打壓試驗，試驗次數(shù)不可低于三次。實際試驗環(huán)節(jié)，若油缸未發(fā)生卡阻、爬行、內(nèi)泄以及滲漏等不良情況，表示故障處理合格。共包含八個試驗項目，分別表示：項目一，空載試驗。實際檢測手段為，無負荷條件下，液壓缸需要在試驗臺上進行兩次的往復(fù)運動，判斷是否存在異常情況，若出現(xiàn)抖動、爬行及外部漏油等問題，則說明不合格。項目二，外泄漏試驗。通過半小時的加壓試驗，判斷其外部是否存在外部漏油問題。項目三，油缸外表油漆厚度檢查。通過相應(yīng)儀器檢查油漆厚度，270μm即為合格。項目四，最低啟動壓力。試驗臺壓力逐漸升高下，記錄當柱塞桿平穩(wěn)移動時的壓力值，不可超過≤0.5MPa。項目五，檢查行程及安裝尺寸。兩節(jié)行程均為5040mm,安裝尺寸為785mm。項目六，通過鍍層測厚儀檢查柱塞桿底層以及面層厚度，兩者均應(yīng)達到0.04-0.05mm。項目七，通過目測的方式檢查外觀，確保外觀無缺陷。

3.4 現(xiàn)場調(diào)試記錄

現(xiàn)場進行了較多項目的調(diào)試，具體的項目包括，項目一：節(jié)制閘啟閉門；項目二：系統(tǒng)設(shè)定壓力；項目三：第一節(jié)啟門速度；項目四：第一節(jié)閉門速度；項目五：第二節(jié)啟門速度；項目六：第二節(jié)閉門速度；項目七：油缸工作形成及沉降實驗，各項目質(zhì)量標準及設(shè)計要求如表2所示。

4 結(jié) 語

為確保水利工程安全運行,需定期對液壓啟閉機系統(tǒng)進行養(yǎng)護和檢修, 對其運行管理中發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象，要綜合分析，做好故障處理工作。針對案例中雙節(jié)頂升式液壓啟閉機運行中出現(xiàn)的故障,總結(jié)了系統(tǒng)故障維修經(jīng)驗,可為類似故障的檢修提供經(jīng)驗借鑒。