某大型船閘人字門合攏對位檢測裝置失效分析

胡興媛

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

船閘的自動化運行中，人字門的啟閉運轉(zhuǎn)由電氣控制系統(tǒng)按照工藝流程控制，船閘設(shè)備的安全穩(wěn)定運行需要船閘控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行作為前提。人字門作為船閘的擋水設(shè)備，船閘沖泄水后，人字門逐步承受0-27米水頭的水壓，從而實現(xiàn)擋水和封閉閘室的功能。人字門需形成三鉸拱結(jié)構(gòu)的良好受力，才可以滿足船閘安全運行。因此人字門對位檢測裝置的好壞直接影響船閘運行安全。

閘門通過三鉸拱結(jié)構(gòu)將巨大的軸向的水壓轉(zhuǎn)化為水平推力，將壓力傳導(dǎo)至閘墻，從而確保安全。反之如果人字門關(guān)門承壓后沒有形成三鉸拱結(jié)構(gòu)，船閘運行安全得不到保證，絕對不能開始后續(xù)運行流程。人字門關(guān)門承壓后，形成三鉸拱結(jié)構(gòu)并可以進行后續(xù)運行工藝流程的狀態(tài)，我們稱為人字門“合攏”，確保人字門“合攏”是船閘安全高效運行的基礎(chǔ)保障之一。但人字閘門在運行過程中，受人字門啟閉機結(jié)構(gòu)特性、外部環(huán)境及傳感設(shè)備等影響，其停機時的門體相對位置狀態(tài)是不確定的。即其停機后雙側(cè)人字門間的門縫和錯位值是隨機的，且可能超過允許范圍。通過統(tǒng)計分析，船閘人字門關(guān)門停機的門縫錯位值，隨時間和氣候變化在一定范圍隨機變化。所以，對船閘運行過程中人字門“關(guān)終至合攏”過程的監(jiān)測至關(guān)重要。2014 年王忠民、阮峻等人開展“船閘人字門合攏對位檢測裝置工程化研究”，通過應(yīng)用船閘人字門合攏對位檢測裝置實現(xiàn)了對人字門從“關(guān)終到合攏”這一重要狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程的檢測、監(jiān)控。該監(jiān)測裝置作為船閘運行安全的基礎(chǔ)性保障設(shè)備，在長期投入使用中也暴露了一些缺陷。

本文針對外部溫度、光照等環(huán)境變化較大時門縫錯位監(jiān)測裝置常出現(xiàn)的死機現(xiàn)象，以及故障率較高等情況，通過控制變量法對該現(xiàn)象影響因素進行實驗分析，找出監(jiān)測裝置的主要影響因素并采用相應(yīng)優(yōu)化裝置設(shè)計投入運行，再次監(jiān)測和分析相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)果。由此驗證優(yōu)化裝置的實用性和有效性，為船閘安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)保障。

1 人字門門縫錯位監(jiān)測裝置基本結(jié)構(gòu)

本文研究的人字門門縫錯位監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，裝置1 是固定底座，2 是感應(yīng)撞塊安裝基座，3是感應(yīng)片安裝基座，4 是合攏水平檢測感應(yīng)片，5 是對中錯位檢測標(biāo)靶，6 是對中門縫檢測標(biāo)靶，7 是傳感器安裝基座，8 是接近開關(guān)微調(diào)裝置，9 是微調(diào)燕尾槽，10 是微調(diào)裝置擋板，11 是微調(diào)螺桿，12 是微調(diào)滑塊，13 是激光測距儀安裝支架，14 是激光測距儀防護罩，15 是接近開關(guān)，16 是激光測距儀。

圖1 人字門門縫錯位裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 光照強度曲線圖

圖3 優(yōu)化后合攏對中檢測裝置

圖4 光照強度對比圖

1.1 工作原理

本文針對人字門合攏對位檢測裝置在強光、高溫環(huán)境中存在故障率升高的現(xiàn)象展開裝置優(yōu)化研究，人字門合攏對位裝置的工作原理如下：

（1）實現(xiàn)人字門從關(guān)終至合攏該過程的門縫錯位監(jiān)測，即通過激光測距，錯位的反射板有一個45°傾角設(shè)計，把錯位轉(zhuǎn)化為激光測距的直接距離。

（2）合攏，傳感水平監(jiān)測，即通過感應(yīng)開關(guān)的直接監(jiān)測，監(jiān)測人字門是否處于合攏狀態(tài)。該監(jiān)測模式參與系統(tǒng)控制。

1.2 存在的缺陷與不利影響

（1）船閘運行監(jiān)控人員無法通過上位機對人字門“門縫”“錯位”值進行實時查看，極大地削弱了對人字門關(guān)門合攏情況的安全監(jiān)測。

（2）傳感器死機，數(shù)據(jù)記錄丟失，缺少了船閘人字門“關(guān)終至合攏”這一變化過程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)船閘人字門運行異常時，無法通過數(shù)據(jù)記錄精確地回溯人字門關(guān)終至合攏這一重要運動狀態(tài)變化過程。就數(shù)據(jù)分析角度而言，缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，得不到任何數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

（3）人字門出現(xiàn)“合攏”故障時，技術(shù)人員需要調(diào)整停機延時參數(shù)，通過控制人字門關(guān)終停機時間來調(diào)節(jié)兩側(cè)人字門關(guān)門對中時的相對位置，從而滿足“合攏”條件。但調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)據(jù)依據(jù)就是“合攏”故障時，門縫錯位傳感器的“門縫值”和“錯位值”，傳感器的死機，會極大影響技術(shù)人員快速確定調(diào)節(jié)參數(shù)值以排除“合攏”故障，從而影響船閘運行效率。

2 影響因素實驗分析

為了明晰現(xiàn)有人字門合攏對位檢測裝置的運行現(xiàn)狀和運行工況，探究引起裝置死機、門縫錯位值過大等一系列問題的原因，明確合攏對中裝置優(yōu)化改進的方向，基于人字門合攏對位檢測裝置的運行環(huán)境以及裝置的運行原理，以環(huán)境光照、周圍氣溫作為實驗的變量，探究上位機顯示的門縫與錯位值的讀數(shù)與實際的差距。

由于自然環(huán)境的光照強度不存在任何規(guī)律，所以采用可調(diào)節(jié)強度的人造光源對現(xiàn)有人字門合攏對位檢測裝置進行試驗，通過規(guī)律性改變?nèi)嗽旃庠吹墓庹諒姸龋贸鍪寡b置出現(xiàn)死機的臨界光照強度值為56000 勒克斯（以備后續(xù)實驗使用）。根據(jù)實驗獲得的具體臨界照度值，時間以一天為例（旨在控制溫度變化），以早上8 點開始至下午6 點結(jié)束，每2 小時進行一次光照強度、氣溫以及門縫值和錯位值的數(shù)值記錄，實驗測得的光照強度相關(guān)數(shù)據(jù)繪制如下圖：

由圖數(shù)據(jù)分析可知，在溫度視為較穩(wěn)定波動時，光照強度一天的變化在下午兩點左右達(dá)到峰值，門縫值和錯位值在正常值內(nèi)波動。根據(jù)后續(xù)多天連續(xù)數(shù)據(jù)記錄，當(dāng)傳感器出現(xiàn)死機狀況時，照度值均大于臨界照度值56000 勒克斯。

3 監(jiān)測優(yōu)化裝置及分析

3.1 監(jiān)測裝置優(yōu)化結(jié)構(gòu)

基于以上結(jié)果考慮光照強度對合攏對中裝置有直接影響，為避免光照強度對其影響，優(yōu)化人字門監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)，優(yōu)化裝置如下圖：

為減少陽光直射反射板或傳感器接收裝置從而影響工作導(dǎo)致死機狀況，優(yōu)化后的相關(guān)結(jié)構(gòu)1 為激光測距儀安裝支架，2 傳感器安裝基座，3 接近開關(guān)安裝片，4燕尾槽齒條滑臺，5 接近開關(guān)微調(diào)裝置，6 門縫檢測標(biāo)靶，7 錯位檢測標(biāo)靶，8 感應(yīng)片安裝基座，9 合攏水平檢測片，10 感應(yīng)撞塊安裝基座。

3.2 優(yōu)化裝置實驗分析

對優(yōu)化后的合攏對中裝置進行光照強度和溫度的相關(guān)實驗，實驗結(jié)果如下表：

優(yōu)化后的裝置有效降低了光度值，降低了人字門出現(xiàn)合攏超時的概率。

針對優(yōu)化裝置前后的門縫錯位數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析得出，合攏對中裝置在采用優(yōu)化裝置后，門縫值和錯位值均處于正常范圍，且傳感器死機狀態(tài)得到改善。

4 結(jié)論

本文針對船閘人字門合攏對中裝置進行優(yōu)化改進，旨在研究影響合攏對中裝置死機因素，并通過優(yōu)化裝置提高船閘運行的合理性和高效性，實驗得出當(dāng)傳感器接受面受到光照強度大于56000 勒克斯的光照射持續(xù)超過五秒，傳感器就會死機，通過實驗驗證了合攏對中優(yōu)化裝置降低了光照強度的直射率，降低了人字門合攏對中故障，有效提高船閘運行的穩(wěn)定與安全。