水利工程論文-液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘設(shè)計(jì).doc

水利工程論文-液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)水力自動(dòng)翻板閘在工程實(shí)際運(yùn)行中普遍存在著啟閉不靈、振動(dòng)、拍打、撞擊等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘.該翻板閘是在傳統(tǒng)自動(dòng)翻板閘的基礎(chǔ)上，增設(shè)液壓控制同步啟動(dòng)裝置，使兩者有機(jī)結(jié)合，在閘門(mén)運(yùn)行時(shí)既能在水力及自重作用下平穩(wěn)開(kāi)關(guān)，也可借助液控同步啟動(dòng)系統(tǒng)隨意開(kāi)啟或關(guān)閉閘門(mén)，由于液壓缸起到了減震器的作用，可以有效地消除翻板閘存在的振動(dòng)、拍打、撞擊現(xiàn)象.關(guān)鍵詞：水力自動(dòng)翻板閘同步啟動(dòng)裝置液壓控制水力自動(dòng)翻板閘的基本工作原理是利用水力及閘板自重完成閘門(mén)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)運(yùn)行，其發(fā)展歷程經(jīng)過(guò)單鉸、雙鉸、多鉸、曲線鉸、漸開(kāi)式等門(mén)型.上述各類(lèi)翻板閘普遍存在振動(dòng)、拍打、撞擊、啟閉不靈等現(xiàn)象，而且大都不能人為控制，有的雖然加設(shè)了輔助動(dòng)力，但其同步問(wèn)題沒(méi)有解決.筆者設(shè)計(jì)的液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘，有效地解決了上述存在的一系列問(wèn)題，使閘門(mén)在運(yùn)行中，既能在水力作用下平穩(wěn)地自行開(kāi)關(guān)，也可借助同步控制系統(tǒng)，隨意開(kāi)啟閘門(mén).液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘門(mén)主要技術(shù)特點(diǎn)是采用液壓同步雙驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與雙鉸水力自動(dòng)翻板閘的有機(jī)結(jié)合，具有運(yùn)行同步、油路管道布置簡(jiǎn)單、控制設(shè)備精巧、水力組合優(yōu)良等特性.1雙鉸水力自動(dòng)翻板閘設(shè)計(jì)翻板閘主要由閘門(mén)板、轉(zhuǎn)動(dòng)鉸、支墩及底板組成，利用水力和重力的作用自動(dòng)啟閉，其所需要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是閘門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)閉.根據(jù)文獻(xiàn)及閘門(mén)與啟閉機(jī)相關(guān)理論，閘門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉計(jì)算按力矩平衡方程式計(jì)算（圖1）.計(jì)算公式如下：開(kāi)門(mén)計(jì)算：式中：Kk，Kb分別為閘門(mén)的自開(kāi)和自閉系數(shù)；W1，W2為閘門(mén)自重和配重重量；W3為門(mén)頂水重；P1，P2分別為閘門(mén)上、下游水壓力；P3為閘門(mén)底浮托力；Pt，Ps分別為閉門(mén)時(shí)的上托力和啟門(mén)時(shí)的下吸力；Mfk，Mfb分別為開(kāi)門(mén)時(shí)和閉門(mén)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸及封水的摩阻力力矩；x1，x2，x3，y1，y2，z1，z2分別為各荷載對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸中心的力臂.設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了使計(jì)算更接近實(shí)際，筆者在考慮了上述因素之外,還考慮了底止水上的水重以及油缸的阻尼力.閘門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，要通過(guò)反復(fù)的試算，不斷改變閘板的結(jié)構(gòu)型式及鉸的尺寸，直到最后確定出最合理的閘板結(jié)構(gòu)、鉸的大小和符合要求的開(kāi)、閉門(mén)系數(shù).這幾項(xiàng)要求是有機(jī)地聯(lián)系在一起的,任何一項(xiàng)的改變，都會(huì)影響其他幾項(xiàng).翻板閘的開(kāi)關(guān)門(mén)計(jì)算是一個(gè)繁瑣而細(xì)致的工作，計(jì)算正確與否，對(duì)閘門(mén)在實(shí)際應(yīng)用中的安全起著至關(guān)重要的作用.根據(jù)上述理論，筆者研究設(shè)計(jì)出4種規(guī)格的雙鉸翻板閘(均為等跨雙懸臂結(jié)構(gòu)，所用材料均為鋼筋混凝土)，見(jiàn)表1.在上述4種規(guī)格的翻板閘中,4m4.5m和2.6m4.5m翻板閘已通過(guò)山東省水利科學(xué)研究院水工模型試驗(yàn)，其余2種經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，表明各項(xiàng)性能均符合設(shè)計(jì)要求.2減震問(wèn)題及液壓缸設(shè)計(jì)各類(lèi)翻板閘如沒(méi)有減震裝置，都不同程度地存在震動(dòng)、拍打、撞擊現(xiàn)象，要解決這些問(wèn)題就需增設(shè)減震裝置.對(duì)于減震裝置，筆者起初考慮使用的是油壓減震器，閘板在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于減震器的阻尼作用，能有效地降低或消除震動(dòng)、拍打及撞擊現(xiàn)象，這一作用在山東省水利科學(xué)研究院所做的水工模型試驗(yàn)中得到驗(yàn)證.筆者在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘后，油壓減震器被液壓缸所代替，在正常運(yùn)行時(shí)，液壓缸就起減震器的作用，而且由于控制系統(tǒng)中液壓閥的作用，油的流動(dòng)更均勻，液壓缸運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，從而使閘板的翻轉(zhuǎn)也更平穩(wěn).液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)，主要確定以下因素：閘門(mén)靜止擋水時(shí)，油缸初始長(zhǎng)度（安裝距）L1；閘門(mén)全部翻倒時(shí)，油缸終止長(zhǎng)度L2；L1，L2可由翻板閘原理圖，按幾何關(guān)系計(jì)算求得；最大行程L=L2L1；推力、拉力計(jì)算:根據(jù)閘門(mén)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最不利情況，確定推力、拉力的大??；油缸推力、拉力確定后，可由式(5)和式(6)確定油缸內(nèi)徑D及活塞直徑d.式中：F為活塞上的有效壓力，；P為液壓缸的工作壓力，Pa.上述計(jì)算完成后，結(jié)合油缸外形安裝及連接尺寸即可選出合適的油缸.3控制臺(tái)油泵站的設(shè)計(jì)油泵站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是液壓閥的選擇.根據(jù)翻板閘的工作特點(diǎn)，在液壓回路設(shè)計(jì)中設(shè)置了兩臺(tái)Y”形和“O形電磁換向閥，在電磁換向閥均失電情況下，翻板閘處于自由翻動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)兩位閥通電時(shí)，又可通過(guò)三位閥兩個(gè)電磁鐵的通斷電，實(shí)現(xiàn)翻板閘的開(kāi)啟、關(guān)閉或鎖定.電磁換向閥型號(hào)的選擇，由回油路最大流量和系統(tǒng)工作壓力確定.而回油路最大流量取決于閘門(mén)的設(shè)計(jì)開(kāi)、閉門(mén)速度.因此，當(dāng)開(kāi)、關(guān)門(mén)速度設(shè)計(jì)確定后，根據(jù)油缸的行程以及內(nèi)徑D即可計(jì)算出最大流量，結(jié)合系統(tǒng)工作壓力即可確定電磁閥的型號(hào).為使閘門(mén)運(yùn)行同步，確保運(yùn)行安全，在系統(tǒng)回路中，必須加設(shè)同步裝置.同步閥的選擇方法與電磁閥的選擇相似.上述液壓閥是油泵站中的關(guān)鍵部件，閘的運(yùn)行方式取決于閥的功能.因此，當(dāng)液壓閥確定后，油泵站設(shè)計(jì)的主要任務(wù)也就完成了.4液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題翻板閘液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境在野外，其工作環(huán)境的相對(duì)濕度、風(fēng)沙、粉塵污染較大，且夏季環(huán)境溫度較高,因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取以下措施.a.液壓系統(tǒng)的主油泵應(yīng)選用齒輪泵，該種泵成本低，抗污染力強(qiáng)，對(duì)液壓系統(tǒng)的清潔度要求低，所以該泵最適合于翻板閘液壓系統(tǒng).b.電磁閥應(yīng)選擇電磁線圈全塑封式結(jié)構(gòu)的電磁閥，以便適宜在各種潮濕的工作環(huán)境下工作，從而延長(zhǎng)其使用壽命.5結(jié)語(yǔ)液控同步雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘在山東省費(fèi)縣已投入應(yīng)用，并在其他縣、市也得到廣泛的推廣，使用效果良好，運(yùn)行中無(wú)振動(dòng)、拍打、撞擊現(xiàn)象，開(kāi)門(mén)時(shí)間為3min，關(guān)門(mén)時(shí)間為1.5min，自動(dòng)啟閉，控制啟閉靈活，實(shí)際運(yùn)行