大型升船機安全保障裝置電液控制技術分析

張盛

摘要：升船機可以處理不同水系工程通航問題，以鋼絲繩卷揚式為主。升船機為大型運載設備，運行可靠性與安全性直接影響升船機運行效益。在本文研究中，分析了大型升船機安全保障裝置問題，重點討論電液控制技術，僅供參考。

關鍵詞：大型升船機;安全保障裝置;電液控制技術

水電屬于清潔能源，開發技術成熟度高，不但能夠對可再生資源大規模開發，還能提升水電站經濟效益，對區域經濟發展有促進作用。但是，由于水電站上下游水位落差大，所以對船舶安全通航影響較大。升船機的應用優勢比較多，不會過度消耗水資源，過壩速度快，技術限制影響低，值得推廣應用。

1、大型升船機安全性分析

1.1主提升系統安全保障措施

升船機主提升系統，設置在塔柱頂部主機房內，主提升設備包含多個系統機構，主電機額定提升力為1760kN。鋼絲繩利用壓板固定纏繞在卷筒上，一端利用調節螺桿螺母，連接均衡液壓缸、承船廂;另一端連接轉矩平衡重。重力繩一端使用錐套連接吊耳板，另一端連接重力平衡。轉矩平衡重鋼絲繩、提升鋼絲繩，共同應用重力平衡重卷筒、安全制動器、安全平衡重卷筒及工作制動器。主提升系統的安全措施，涉及到卷揚提升機構、同步軸裝置及制動器。

1.2承船廂設備安全保障措施

升船機中承船廂屬于重要載體。承船廂上設置臥倒式工作閘門、防撞梁裝置、對接密封框裝置、調平裝置、鎖定裝置。承船廂運行到對接位，主提升機電機停機。在承船廂兩側，縱梁各點安裝水深傳感器，對承船廂水深進行檢測。運行期間，當承船廂水位下降速度快時，則必須做好安全制動，同時投入鎖定裝置，確保承船廂停運安全。為了避免臥倒門動作，需要安裝雙重位置檢測器，檢測承船廂臥倒門開度，判斷承船廂臥倒門啟閉情況。在承船廂縱梁梁端，確保安裝水平度，當水平度較差時，則投入安全制動，確保承船廂運行安全性。

第一，差速安全鎖定裝置：承船廂中，差速安全鎖定裝置屬于升船機重要安全保障裝置。承船廂、主提升設備間設置聯鎖機構，通過機架上端連接鋼絲繩。裝置關鍵自鎖部件，為承船廂三齒鎖定塊，當承船廂發生失水事故時，上行速度超過主提升設備運行速度，利用升船機自動控制系統，能夠準確投入差速安全鎖定裝置，避免破壞承船廂平衡條件。

第二，新型對接鎖定裝置：液壓夾緊裝置退出時，承船廂懸吊系統出現載荷沖擊，需要做好對應處理。首先，夾緊裝置退出前，利用承船廂可逆水泵系統，可以準確調節廂內水位，確保廂內水位與對接前水位一致，延長升船機運行時間;其次，在現有液壓夾緊裝置上，增設豎直液壓缸，提前進行泄壓操作，將承船廂附加負載，轉移至鋼絲繩上，在夾緊水平液壓缸退出前，不會導致承船廂晃動和沖擊。

1.3主監控系統安全保障措施

通過升船機主監控系統，幫助操作人員實時監測設備運行狀態，掌握現場實際情況，確保升船機運行安全性。升船機計算機監控系統主要借助分布式網絡、現地子站級、主控級，實現全方位監控。升船機監控系統基于軟件容錯、硬件冗余原則，優化配置系統裝置，加強故障檢測與診斷功能。升船機運行控制效果顯著，能夠提升升船機、監控系統運行效益。

在應用升船機監控系統時，應當針對系統工程子系統，設置科學檢測技術，確保升船機運行安全性。在升船機上，設置工業電視系統;在集控室中，設置矩陣控制器、硬盤錄像機、監視器裝置。在現場監視點，優化配置攝像頭，實時監控升船機設備運行狀態、運行過程。為了確保升船機運行監測效果，主控室配置工業電視監視系統，將現場運行信息、狀態信息，傳輸至上位機集中控制室，并通過監視器、大屏幕顯示。

2、升船機對接鎖定裝置控制系統

2.1有源比例泄壓回路設計

高壓系統保壓中，液壓缸、機架、系統管理積聚大量能量。在液壓缸運行動作前，要通過平穩方式釋放壓力，當系統壓力釋放速度較快時，則會沖擊機身與管路，出現異常振動現象，并且對液壓元件結構破壞影響非常大，威脅人員安全。通過系統泄壓回路，能夠穩定釋放高壓系統能量，維護設備運行可靠性。泄壓回路主要采用節流閥、阻尼孔泄壓回、比例閥泄壓回路。比例泄壓回路，按照使用元件劃分為插裝節流閥泄壓回路、插裝溢流閥泄壓回路。對于比例插裝節流閥，關注先導級比例閥開度，科學分析裝閥主閥芯開口大小，合理控制主閥芯開啟度。比例閥信號大小與變化，會極大影響主閥芯開口大小、開啟速度。針對比例插裝溢流閥，通過現代級溢流閥壓力，對主閥芯開啟力大小進行調節。

2.2比例泄壓回路實驗研究

包含液壓泵站、比例泄壓閥組、壓力容腔、數據采集卡、控制程序。泵站、比例泄壓閥組對接液壓缸密閉容腔。在試驗操作中，應用壓力跟蹤控制策略、帶有死區壓力同步控制策略，在PLC上實現斜坡信號。泄壓壓力信號、指令信號間存在明顯的滯后、跟蹤誤差，但是其他階段誤差比較小。初始環節，滯后、跟蹤誤差產生原因多是由于泄壓系統等效為主導系統所致。在經典控制理論中，存在較多滯后誤差，但是誤差會持續減小，并且逐漸穩定。應用比例溢流閥、加大面積固定阻尼孔，能夠改善不良問題，但是會加劇成本支出。按照現場試驗結果可知，加大阻尼孔流通面積，會增加最小可調泄壓力，致使溢流閥超量程，無法調節泄壓壓力。

通過實驗結果可知，在泄壓壓力信號、指令信號間，泄壓后半段的壓力跟蹤偏差較大。如果指令信號較小，則壓力跟蹤偏差比較大，二者具備反向關系。PI控制器比例增益、積分增益為固定值，不會隨著現場工況改變，并且魯棒性自適應性不足。通過測試結果可知，當指令比較大時，增益為線性特點;當指令信號較小時，增益呈現出非線性特點。所以，壓力跟蹤控制策略具備高效壓力跟蹤特點，魯棒性比較弱。

3、結束語

綜上所述，深入分析和研究升船機安全保障，圍繞裝置電液控制系統討論，基于理論法、數值仿真法、實驗法，詳細研究和分析升船機相關問題，確保升船機運行安全性。

參考文獻

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