启闭装置论文（精选7篇）
启闭装置论文 篇1
随着科学技术的发展,健康、舒适、环保和可持续发展的建筑已成为现代建筑的主题。为了满足建筑物采光、通风及节能运行的需求,在主动调节式围护结构的设计和应用愈加广泛,特别是在高层建筑、大型建筑和被动式建筑中,可自动启闭的门窗数量逐年增多,由此带动了我国自动开窗器行业的快速发展。
20世纪50年代初,欧洲开发出开窗器(在我国常被称为“开窗机”)产品。首先是手摇式开窗器,随后出现了电动式开窗器。1990年,开窗器开始从欧洲引入我国,以进口产品为主;2005年开始,开窗器在我国建筑中的应用逐渐增多,众多电动开窗器产品也逐渐开发出来,并形成了国产品牌。
目前,根据驱动方式和机械传动方式的不同,市场上应用的开窗器可分为手动、电动和气动的驱动方式,以及链条式、齿条式和螺杆式机械传动方式。上述开窗器基本是采用机械机构实现力和功的传输。由于链条机构的运动副多、配合精度要求高,导致该传动机构复杂、可靠性差,从而造成该类产品存在运行不平稳、振动大、故障多和寿命短等的缺陷。针对现有开窗器产品在传动原理和机械结构上的固有缺陷,根据液压原理,因此开展了采用液压机构传递力和功,推动门窗自动启闭的运动执行器的研发工作。
1 液压开窗器的研发
基于以上原因,本文提出开展了采用液压传动的门窗自动启闭装置研究,拟通过液压机构实现力和功的传输,进而有效地提高自动开窗器的可靠性及使用寿命,以作为门窗自动启闭的执行器。
1.1 工作原理
液压开窗器是根据液压原理,采用液压机构传递力和功,推动门窗进行自动启闭的运动执行器。该装置采用液压传动实现力和功的传输。
液压开窗器组成如图1所示,包括液压动力单元、双向作用液压推杆,铰链及连杆机构。铰链及连杆机构的一端通过铰链与液压推杆连接,另一端通过铰链与窗连接,将液压动力单元输出的力和功传递到门窗上,通过液压推杆的伸缩运动实现门窗的自动启闭。
1.2 液压传动原理
液压系统利用液体来传递力和功,在传动过程中通过液体压力能的转化来传递能量,液压泵将电机的机械能转换为液体的压力能,液体流管路和过控制阀,通过液压缸把液体压力能转换为机械能,驱动活塞杆往复运动,带动工作机构运行,通过压力能和机械能之间的相互转换完成力和功的传递[1]。系统中的液体工作介质为矿物油,它的作用与机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。
液压开窗器的液压动力单元属于微型液压系统,其液压流程及系统部件组成如图2所示。为动力单元的微型化,该液压系统活塞杆与普通采用换向阀的液压换向流程不同,其换向运行通过电机的正反转实现。
1-液压缸;2,2'-液控单向阀;3-液压泵;4-电机;5,5’-溢流阀;6,6'-单向阀;7,7'-过滤器;8-油箱
1.3 液压动力单元工作流程
液压系统工作时,电机驱动液压泵运转,液压油压力升高,当电机逆时针运转时,油液被输送到油泵左侧A油路,油液压力升高,同时为右侧B油路的液控单向阀2'的控制口C供油,当油压升高到一定值时(主油路压力的30%～50%),右侧B油路的液控单向阀2'导通,压力油经左侧单向阀2进入液压缸左腔,同时液压缸右腔的油液经过右侧油路的液控单向阀2'回流,液压缸活塞右行,推动液压活塞推杆右行,由于液压缸的左腔和右腔的容积不同,左腔的进油量大于右腔的回油量,所以油泵经过单向阀6'从油箱汲取一部分油液,液压缸右腔回油量加上油箱供油保持与左腔进油量的平衡;当电机顺时针运转时,油液被输送到油泵右侧B油路,油液压力升高,同时为左侧油路的液控单向阀2的控制口C供油,当油压升高到一定值时,左侧油路的液控单向阀2导通,压力油经右侧单向阀2'进入液压缸右腔,同时液压缸左腔的液压油经过左侧油路的液控单向阀2回流,液压缸活塞左行,推动液压活塞推杆左行,由于液压缸的左腔和右腔的容积不同,右腔的进油量小于左腔的回油量,一部分压力油经右侧B油路的溢流阀5'溢流回油箱,液压缸右腔回油量减去溢流油量与左腔进油量保持平衡。液压系统中的溢流阀起到过载保护和流量平衡的双重作用。
1.4 锁紧回路
锁紧回路是指液压系统的活塞推杆不运动时,通过切断液压缸的进出油路,使液压缸活塞准确地在任意位置停止,实现液压缸活塞推杆的锁紧固定功能。
如图2所示,液压动力单元的锁紧回路由液控单向阀2和2'组成。当电机停止时,液压泵停止液压油输送,液控单向阀2和2'随即迅速关闭,液压缸左腔和右腔的液压油被密封在液压缸内,使液压活塞平稳、可靠地长时间停止在任意位置,实现液压活塞推杆的锁定,不因外力产生移动。
应用液压动力单元的锁死功能即可调节门窗的开度大小。
2 液压开窗器的设计实例
2.1 设计要求
设计用于实现外窗开启和关闭的液压开窗器,其动作应能满足“启动→开启→静止→关闭→停止”的要求。由于系统所需提供的力与外窗的具体规格尺寸、重量和其所承受的风压、雪荷载等有关,而以上参数取决于外窗在建筑物中的位置、安装情况以及建筑所在地的气象条件。下面举一个设计案例进行说明,计算中对一些不确定因素进行简化,供设计者作为参考。
本文以北京地区使用的500mm宽,2350mm高的平开窗为例,其窗玻璃为8Low-E+1 2A+6钢化中空玻璃,整窗重量约为54kg,基本风压值取较大值0.8kN/m2。由于平开窗的重力影响较小,风荷载影响最大,该设计忽略了其他工作负载的影响,其启闭时的负载基本相等。设计要求如下。
液压开窗器工作负载为0.94kN,取工作负载F=1kN;工作的行程为500mm;液压推杆推进速度为20mm/s,两方向的速度大致相同;当达到最高速度时,加速时间为0.5s;液压系统的额定工作压力为8MPa。
该液压系统卧式放置,液压推杆应可停止在行程范围内任意位置。
由于外窗的安装方式不同,窗的重量对开窗器的负载需求影响很大,必须根据实际使用要求,按杠杆原理进行力矩平衡分析,计算工作负载大小;本案例以北京地区的气象参数为准,其他地区的风载、雪载需根据当地的气象条件确定。
2.2 液压系统设计的简化
负载分析中,将从以下几方面进行简化。
(1)当回油腔的背压主要是液压油的流道阻力时,与工作压力相比可以忽略不计;
(2)液压缸的密封装置产生的摩擦阻力,已在机械效率中加以考虑;
(3)本案例为平开窗设计,窗户重力的水平分力为0,需要考虑的负载力(推拉力)包括工作负载、机械摩擦阻力和惯性力。但与工作负载相比,此处的机械摩擦阻力和惯性力相对较小,故简化忽略不计。
2.3 液压动力单元主要部件的设计
2.3.1 液压缸设计计算
基于开窗器微型化设计的考虑,液压动力单元采用单杆双作用液压缸,其两端进、出有口都可以通压力油或回油,以实现活塞杆的双向运动,并利用电机的正反转控制实现液压推杆的往复运动,根据液压传动的特点,不需减速装置,即可实现重型门窗的直接推动。
液压缸构造设计如图3所示。
A1-无杆腔活塞受压面积;A2-有杆腔活塞受压面积;
V1、F1-为活塞杆伸出时的速度和受力;
V2、F2--为活塞杆缩进时的速度和受力
2.3.2 液压缸设计计算
液压缸设计计算公式见表1。
2.3.3 液压缸设计参数
根据3.1提出的设计条件要求,液压缸设计按照如下指标进行:
(1)无杆腔活塞受压面积和有杆腔活塞受压面积分别为2.54×10-4m2和1.4×10-4m2;
(2)活塞杆外伸和缩进时所需工作压力分别为4.0MPa和8.0MPa;
(3)活塞杆伸出和缩进时所需流量分别为305mL/min和170mL/min;
(4)液压泵的输出流量不应低于350mL/min;
(5)液压泵的扬程为8MPa时,其设计流量应不低于170mL/min;
(6)泵的输入功率为28.5W;
(7)电机输出功率为30W (根据泵的输入功率选定)。
2.3.4 连杆及铰链机构设计
连杆及铰链机构的设计据安装方式的实际情况确定。图4为一直推式下悬窗的连杆结构示意图,其开窗器与窗平行设置,将液压推杆的直线运动转为旋转开窗的连杆机构设计。
3 试验验证及特点
3.1 试验验证
前述液压开窗器在清华大学建筑节能研究中心办公楼外窗上连续使用了两年时间。据实际使用情况可知,采用液压传动的开窗器,运行过程中无振动、噪声低、运行平稳,满足门窗自动启闭的功能需求。实践证明,液压开窗器是建筑中对建筑门窗等围护构件进行主动启闭调节的理想执行元件。
3.2 液压开窗器特点
与机械传动的开窗器相比,液压开窗器具有以下优势:
(1)在同等输出功率下,液压开窗器体积小、重量轻、运动惯性小、反应速度快;
(2)运动平稳;
(3)液压油路便于实现自动过载保护;
(4)采用油液作为传动介质,对液压元件有润滑作用,易于延长开窗器的使用寿命;
(5)液压动力单元的零部件均为标准化产品,有利于液压系统的设计、制造和推广应用。其易于实现大推力直接推动重型门窗,省去中间减速装置,可简化机械结构设计。
4 结论
液压开窗器采用液压机构传输动力,与机械传动的开窗器相比,具有机械机构简单、动力输出平稳、无振动、噪声低的优越性,避免了机械传动的复杂机械配合及其故障率较高的运行缺陷,有效地提高了建筑门窗自动启闭装置工作的可靠性及使用寿命,并具有生产制造的经济性,是建筑外窗自动启闭调节的优选执行器件。液压机构易于实现大推力的传输,不需中间减速装置,机械结构简单,适用于重型门窗的自动启闭。
目前,液压开窗器所使用的液压零部件已形成标准化的制造供应体系,易于加工制作。可根据门窗开启机构功能的需求,具体分析开窗器的行程各阶段的负载状况、行程范围和动作要求,进行液压动力单元和连杆机构设计,进而向标准化方向发展,以满足多样性及个性化的特色需求。
摘要：现有机械传动式开窗器存在运行不平稳、振动大、故障多和寿命短等缺点,针对其传动原理和机械结构上的固有缺陷,提出一种采用液压传动的开窗器,用于实现外窗的自动启闭液压开窗器机械结构简单,动力输出平稳,具有噪声低、无振动、运行可靠的特点,且液压配件具有标准化的生产供应体系,液压开窗器易于进行系列化、规模化生产,能够迅速在建筑围护结构的自动调节领域推广应用,
关键词：开窗器,液压开窗器,液压动力单元
参考文献
[1]左健民.液压与气压传动[M].第4版.北京:机械工业出版社,2013.
启闭装置论文 篇2
钢绞线提升技术是近年来逐步发展起来的一项新颖的建筑施工安装方法[1,2,3]。该技术通过将大型构件在地面拼装后,采用钢绞线承重、提升器集群、计算机控制液压同步整体提升或下放到预定高度,在建筑、桥梁、大型机电设备安装等工程中均有着广泛的应用[4,5]。
在钢绞线液压提升中,提升载荷恒定不变,没有载荷的剧烈变化; 即使考虑动载,也因其加速度缓慢而忽略不计[6,7,8,9]。钢绞线液压提升施工多为陆上施工,很少涉及水上施工[10]; 在水上施工则因水流速度缓慢,对施工过程影响小而予以忽略。但随着我国大型工程建设的展开,动载涉水施工的技术要求越来越迫切,大型构件的水下安装成为施工技术中急需解决的技术难题。
本研究针对向家坝水电站导流底孔封堵闸门的下放安装中的水力学和流激振动问题,通过理论分析与振动模拟试验的方式对钢绞线液压提升装置的抗振性能进行充分研究,以保证导流底孔封堵施工的顺利实施。
1闸门振动仿真分析
1. 1 闸门下放钢绞线装置数学模型
闸门下放钢绞线装置由6 个提升器及相应的钢绞线组成,将单个提升器对应的钢绞线简化为弹簧,弹性系数分别为k1~ k6,将提升器简化为阻尼器,阻尼系数分别为c1~ c6,将水流的作用力简化为简谐激励p( t) ,将闸门简化为重物块m,闸门在激励p( t) 作用下产生的位移为x。模型如图1 所示。
1. 1. 1 模型弹性系数
每个油缸对应的钢绞线有n根,受到的载荷力为F,钢绞线的技术参数为: 公称直径 φd = 17. 8 mm,弹性模量E = 195 GPa,公称面积Ac= 190 mm2。经推导,钢绞线弹性系数与钢绞线有效长度的关系如下:
式中: l— 下放钢绞线的长度,k1— 单自由度有阻尼钢绞线的弹性系数。
钢绞线的长度取值范围为7. 5 m ≤ l ≤ 72. 5 m,l - k1关系曲线如图2 所示。
1. 1. 2阻尼系数
此处主要进行钢绞线的抗振分析。从试验中得知,系统为欠阻尼系统,一个周期时间内振幅衰减至约30% ,试验时钢绞线长度l = 30 m。
易得知对于欠阻尼系统,其自由振动的振幅可以看作是一个随时间变化的函数:
式中: ζ— 阻尼比; ωn— 系统的无阻尼固有频率; ωd—系统的有阻尼固有频率; A,θ— 常数。
两个相邻振幅( 即相隔时间为周期T) 的比值为:
化简后得:
求解得到ζ=0.188。
又因为:
所以阻尼系数的取值为:
式中: m1— 单个提升器承受的重量,且有m1= m /6,总重量m = 2 200 t。
1. 2系统的运动方程
假设每个提升器工作时承受的重量为mi,有如下运动学方程:
上式化简得:
式中:m—闸门的总质量,c—系统等效阻尼,k—等效弹性系数。
系统的有阻尼固有频率为:
将ωn和ζ两式代入式(11),并结合前述式(10),有:
由式(12),l-f曲线如图3所示。
1.3系统在简谐激励下的幅频响应特性
该微分方程的一个解为:
将上式代入微分方程可得到系统稳态振动的振幅和相位角分别为:
式中:hu=hu(ω)—幅频特性,θh=θh(ω)—相频特性。
hu和θh如下所示:
闸门入水在③-⑥位置时受激振的幅频响应特性曲线如图4所示。
从图4可以看出,闸门处于封堵位置时曲线的峰值出现在1 Hz ~ 1.5 Hz之间,即它为整个系统的敏感频率。
为了能得到任意钢绞线长度时系统的幅频响应曲线,这里利用SIMULINK建立了分析模型,该模型如图5所示。
其中L处可输入钢绞线的长度值,闸门入水后钢绞线的长度范围是48. 5 m ≤ l ≤ 72. 5 m。
l = 48. 5 m时得到的仿真曲线如图6 所示。
2系统抗振试验
2. 1 试验目的
液压提升系统技术成熟,应用广泛,但是向家坝导流底孔封堵闸门为动水操作,操作水头高,水下环境复杂,在封堵的过程中,封堵闸门会出现振动,有可能影响钢绞线和锚夹具之间的夹紧性能。
为此,该试验通过一套试验装置来验证闸门振动对钢绞线夹紧性能的影响。根据第2 节的理论分析可知,整个提升系统的敏感频率基本在1 Hz ~2 Hz范围之内。
2.2试验方法
试验台右端利用两台激振油缸带动钢绞线以一定的振幅和频率反复运行,来模拟闸门的振动; 左端利用一台抗振油缸,来模拟提升过程中的液压提升装置,该抗振油缸与锚夹具组合使用,依据需要来用锚夹具夹紧或放松钢绞线; 该试验通过改变激振油缸和抗振油缸之间的距离,即改变垫块的数量,也就是改变钢绞线的工作长度,来模拟提升中各个位置的变化,即模拟闸门从最高位置下放至闸门全部封堵位置; 在模拟闸门的不同位置时,锚夹具夹紧钢绞线,激振油缸对钢绞线产生激振力,因而锚夹具会产生位移,本研究用千分尺测量该位移,以此来反映抗振油缸锚夹具的夹紧效果。
试验方案如图7 所示。
前述激振油缸由液压系统控制实现其激振功能,激振液压系统如图8 所示。
2. 3 试验及结果分析
本研究在试验前设置振动频率f = 1. 5 Hz,振幅A = 10 mm,得到的试验结果如表1。此外,当L > 7 m时,锚夹片的振动基本在0. 015 mm之内,没有明显变化,锚夹具处于夹紧状态,不会影响锚夹具的夹紧性能。只有当L < 1m时,锚夹片的振动较大,达到0. 5 mm左右,处于不安全状态。
根据试验数据得知,影响锚夹具夹紧性能的主要因素是钢绞线的有效长度。在封堵闸门下放的实际过程中,闸门的振幅和振动频率不大,钢绞线的初始长度也远大于试验值,因此不会影响锚夹具的夹紧性能。
由于激振液压系统的比例换向阀最高频率为2 Hz,在试验中振动频率定为1. 5 Hz。如果要对大于2 Hz的振动情况进行试验,需要对激振液压系统进行改造。
(单位:mm)
3结束语
本研究建立了闸门下放钢绞线装置数学模型,获取了闸门不同封堵位置时的幅频响应曲线。计算结果表明,闸门处于封堵位置时曲线的幅频响应峰值出现在1 Hz ~ 1. 5 Hz之间,即整个系统的敏感频率在1 Hz~ 1. 5 Hz之间。为验证闸门振动对钢绞线夹紧性能的影响,本研究搭建了系统抗振试验平台,验证了钢绞线液压提升装置在该势振动频段下的可靠性。试验结果表明,影响锚夹具夹紧性能的主要因素是钢绞线的有效长度; 当钢绞线有效长度L > 7 m时,锚夹片的振动基本在0. 015 mm之内,没有明显变化,锚夹具处于夹紧状态,不会影响锚夹具的夹紧性能; 只有当L <1 m时,锚夹片的振动较大,达到0. 5 mm左右,处于不安全状态。
本研究的理论分析和试验验证证明,钢绞线液压提升装置可满足动水闭门操作要求,向家坝水电站导流底孔成功封堵施工也验证了该分析方法与模拟试验的正确性。
参考文献
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螺杆启闭机检查保养技术 篇3
关键词：启闭机,检查保养,质量标准
1 概述
江苏省沭阳闸管理所管理着沭阳闸、柴米河地涵、柴米闸三座大中型水利工程, 位于江苏省沭阳县沭城镇以南, 为淮河下游分淮入沂工程淮沭新河尾闾之控制工程, 工程建成于1959年。沭阳闸和柴米河地涵为闸涵结合的立体交叉建筑物, 上闸下涵, 底板及上、下游护坦为箱式结构兼作柴米河地涵。柴米河地下涵洞共22孔, 设计流量360m3/s, 进出口均设闸门控制, 上洞首为钢筋砼框架钢丝网水泥面板直升门, 下洞首为平面钢闸门, 闸门均采用10吨螺杆启闭机启闭。柴米闸共9孔, 设计流量352m3/s, 闸门为平面钢闸门, 配10吨螺杆启闭机启闭。柴米河地涵和柴米闸共设53台套螺杆启闭机。启闭机是水闸工程重要组成之一, 启闭机的科学使用和保养, 直接关系到水利工程效益的发挥, 而保养措施又关系到工程的安全运行和启闭机的使用寿命。本文结合江苏省省沭阳闸管理所多年的汛前检查保养工作经验, 着重谈谈螺杆启闭机的检查保养。
2 工作原理
1) 结构;螺杆启闭机分为手电两用螺杆启闭机、手推式螺杆启闭机、侧摇式启闭机、手动螺杆启闭机等几种。螺杆启闭机由起重螺杆、承重螺母、上下推力轴承、盆形伞齿、锥形伞齿、机壳以及驱动装置、安全联轴器、限位装置等组成。
2) 工作原理;螺杆启闭机工作原理为用螺纹杆直接或通过导向滑块、连杆与闸门门叶相连接, 螺杆上下移动来启闭闸门的机械。螺杆支承在承重螺母内, 螺母和传动机构 (伞齿轮传动或蜗轮传动) 固定在支承架上, 接通电源或用人力手摇柄拖动传动机构, 带动承重螺母旋转, 使螺杆升降以启闭闸门。起重螺杆与承重螺母为一组螺旋传动副, 二者之间力的传递方式称螺旋传动。
3 检查保养
启闭机检查工作包括经常性检查、定期检查、特别检查。经常性检查每月不少于1次;定期检查在每年的汛前、汛后进行;特别检查在当水闸遭遇特大洪水、风暴潮、强烈地震和发生重大工程事故时, 必须及时对容易发生问题的部位加强检查观察。检查保养内容:检查启闭机是否运转灵活、有无异常声响;检查减速箱内齿轮的啮合间隙, 及轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合等情况, 检查油质油位是否符合规定要求;检查螺杆是否弯曲, 表面有无裂纹或严重伤痕、锈蚀等情况;联轴器各类联接件是否动作可靠、齐全;上下限位等安全保护装置是否动作准确可靠;检测电动机定子绕组、电源引线的绝缘电阻、启闭机机座及电机外壳的接地电阻是否符合规范要求;指示仪表是否指示准确等。
4 保养工艺及质量标准
为了保证设备完整整洁、安全运行、操作自如、延长使用寿命, 必须经常对设备做好保养维修工作, 江苏省省属管理单位每年汛前都对设备进行一次彻底地检查维修保养, 确保设备汛期运行操作自如。
4.1 承重部分的检查保养
4.1.1 螺杆
清洗螺杆后, 检查表面有无裂纹或严重伤痕, 要求表面光洁、无毛刺。用水准仪、经纬仪、垂球、钢尺、千分尺、内外卡钳等工具对螺杆的直线度、螺距误差、螺纹磨损量等数据进行检测, 螺杆直线度要求误差每100mm不得超过0.6mm;长度不超过5m时全长直线误差不超过1.6mm;长度不超过8m时全长直线误差不超过2.0mm。一个螺距误差不大于0.025mm, 螺杆全长最大累积误差不超过0.15mm。螺纹磨损量要小于20%。检测满足上述数据后再均匀密实地涂抹一层钙基脂进行润滑保护。符合下列之一的必须报废:1) 裂纹;2) 螺纹牙折断;3) 螺纹牙磨损、变形达到螺距的5%或螺牙磨损量达到20%以上。
4.1.2 承重螺母
清洗螺母后, 检查表面有无裂纹或严重伤痕, 表面光洁、无毛刺, 测量螺纹磨损量。要求螺纹磨损量小于20%。检测满足上述数据后再均匀密实地涂抹一层钙基脂进行润滑保护。报废条件与螺杆同样。
4.1.3 圆锥齿轮
清洗圆锥形伞齿轮、盆齿轮、上下推力轴承, 检测伞齿轮与盆齿轮之间的啮合间隙、轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合等情况, 要求无断齿、裂纹, 其它缺陷不超过齿宽的20%, 深度不超过10%。装配前要检查机油的油质和油位, 要保证伞齿轮下齿尖全部淹没到润滑油内, 装配时要注意圆锥形盆齿轮与承重螺母的连接螺丝销要紧固。符合下列之一的必须报废:1) 断齿;2) 裂纹;3) 齿面点蚀损坏达啮合面30%, 且深度达原齿厚10%;4) 齿面磨损超标。
4.2 减速箱部分的检查保养
清洗减速内箱齿轮, 检测齿轮的啮合间隙、轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合等情况, 要求无断齿、裂纹, 其它缺陷不超过齿宽的20%, 深度不超过10%。检测满足上述数据后再进行装配, 加齿轮油进行润滑, 油位要控制在油标尺上下刻度之间。符合下列之一的必须报废:1) 断齿;2) 裂纹;3) 齿面点蚀损坏达啮合面30%, 且深度达原齿厚10%;4) 齿面磨损超标。
4.3 联轴器部分的检查保养
螺杆启闭机常用联轴器有弹性联轴器和刚性联轴器, 柴米河地涵和柴米闸启闭机大部分采用弹性联轴器。检查、调整安全联轴器, 更换不合格的弹性圈、弹簧、销、键等各类联接件, 转动部位加润滑剂。
4.4 电气部分的检查保养
1) 电动机;a.保持电动机外壳无灰尘污物, 以利散热。b.检查接线盒压线螺栓是否松动、烧伤。c.用500V兆欧表测量定子线圈绝缘电阻, 绝缘电阻应不小于0.5MΩ, 小了说明线圈受潮, 需进行烘干处理。d.拆下电机的端盖, 检查定子和转子之间的间隙是否均匀, 以判断轴承磨损情况, 如果不均匀, 则拆开进行检查, 磨损严重的要及时更换。e.检查轴承润滑油脂状况, 油质变质应及时用新的锂基润滑脂更换, 要求保持填满轴承空腔的1/3~2/3。
2) 电气控制设备;a.检查控制箱箱体和设备, 自动开关 (转换开关、闸刀) 、交流接触器、热继电器、熔断器、按钮、指示灯等, 按照负荷整定数值, 更换不合格的元件和设备。b.检查上下限位行程开关的灵敏度, 使其有准确可靠地工作性能。c.检测电机、机座、控制箱的接地电阻, 要求不大于10Ω。d.电流表、电压表等各类指示仪表应按规定进行检验, 保证指示准确。
5 结语
船闸液压启闭机设计方案 篇4
本套闸工程位于海门市东灶港西侧, 设计最大船舶等级为400HP渔船。船闸尺度为23 (16) ×200×4.49m (闸室 (闸首) 宽×闸室长×槛上最小水深) 。本套闸工程承受双向水头作用, 上游为东灶新河, 下游为黄海。套闸输水采用集中短廊道系统型式。上、下闸首工作闸门为钢质弧形三角门, 满足在不大于30cm水位差 (门前后静水位差) 的情况下开通闸和上、下游动水差10cm关通闸的条件;开通上下闸首阀门满足排涝条件阀门采用钢质提升平板门。闸、阀门启闭机用直推式液压启闭机。
2 液压启闭机设计与布置
本套闸闸门、阀门启闭机采用直推式液压机型, 闸门启闭机布置在闸首边墩的空箱内, 阀门启闭机布置在机房外阀门处。每个闸首一侧的闸门和阀门启闭机共用1台泵站控制系统, 4个泵站分别安置在闸首机房内。油缸中的密封及导向套采用进口产品, 以提高油缸的密封性能。油缸的头部与门体连接采用球面轴承, 中间固定支座采用万向铰接。闸门启闭为无级变速, 并且符合“慢一快一慢”的无级变速要求[1], 闸门启、闭时间控制在3min之内。阀门开启以约l.5m/min运行到位, 总时间控制3min之内;阀门平水关闭时, 采用差动回路, 以阀门自重下落;排涝泄水时强制关闭阀门按2r/rdmin (可调) 的速度运行。
3 液压缸的设计计算
根据招标文件提供的技术参数及招标文件对投标技术文件的要求[2], 对海门市东灶新河河道工程闸门液压启闭机液压缸参数进行计算。
3.1 根据工作载荷计算工作油压
3.1.1 杆腔计算油压
P1=4F1/π (D2-d2) ≈12.7MPa
式中, F1为液压缸活塞杆最大受拉力, F1=300KN。
3.1.2 无杆腔计算油压
式中, F2为液压缸安装时活塞杆最大伸出力, F2=300KN。
3.2 缸体壁厚计算
根据《机械设计手册》, 当3.2≤D/δ<16时, 按中等壁厚计算。
此时, δ=Py·D/{ (2.3[σ]-Py) ψ}+C
式中, D为液压缸缸径, D=250mm;Py为试验压力, Py=1.5P;
[σ]为缸体材料的许用应力, [σ]=σb/n=600MPa/5=120Mpa;
σb为缸体材料的抗拉强度, 对于钢45正火处理, σb≥600Mpa;
n为安全系数, 取5;Ψ为材料系数 (对优质碳素钢35或45:Ψ=1.0) ;C为修正值。
δ≈16.5mm, 圆整至24.5mm, 即缸体壁厚为24.5mm, 缸体外圆为299mm。
3.3 活塞杆计算
3.3.1 活塞杆最危险截面是两端连接螺纹 (M140×4) 的退刀槽截面, 应力计算如下:
拉应力为σ=4K·F/πd12
式中, K为螺纹拧紧系数, K=1.5;K1为螺纹内摩擦系数, K1=0.12;d1为螺纹退刀槽内径, d1=135;[σ]为活塞杆材料的许用应力, [σ]=σs/ns;σs为活塞杆材料的屈服强度, 对于45钢调质, σs≥430MPa;ns为安全系数通常ns=1.5~2.5, 此处取ns=2。则σ≈31.4MPa≤[σ]符合要求。
3.3.2 活塞杆连接螺纹应力计算如下:
式中, K为螺纹拧紧系数, K=1.5;K1为螺纹内摩擦系数, K1=0.12;d1为螺纹内径, d1=135.67;d0为螺纹外径, 此处d0=140;t为螺纹螺距, 此处t=4mm;[σ]为活塞杆材料的许用应力, [σ]=σs/ns;σs为活塞杆材料的屈服强度, 对于45钢调质, σs≥430MPa;ns为安全系数, 通常ns=1.5~2.5, 此处取ns=2。
可得, σ≈31.2MPa, τ≈15.2MPa, σn≈40.8MPa≤[σ]=215MPa, 符合要求。
3.3.3 活塞杆长细比校核
式中, L0———活塞杆的折算长度, L0=μL′;
L′———下极限位置, 油缸支撑中心到活塞杆固定处的距离, L′=7630mm;
I1———活塞杆断面惯性矩, I1=πd14/64=51529974mm4;
I2———油缸断面惯性矩, I2=π (D14-D24) /64=392313656mm4;
从以上计算可以看出, 闸门300k N/300k N液压启闭机油缸活塞杆的长细比符合要求。
3.4 有效导向支承长度
有效导向支承长度是指闸门全关时液压缸活塞中心至活塞杆导向套中心的距离, 其长度需满足以下要求:L≥S/20+D/2。
式中, S—液压缸活塞最大行程, 4200mm;D—液压缸缸径, 250mm。
经计算, L≥335mm, 设计时合理布置, 优化下盖处结构设计, 有效支承长度为510mm, 满足计算要求。
3.5 上下盖与缸体联接螺栓强度校核计算
上、下端盖与缸体采用高强度内六角头螺钉 (M14×110) 联接, 总数量为57件, 螺柱强度等级10.9级。其强度校核现以28件计算如下:
式中, Z为螺钉数量, 这里Z=28;d1为螺钉小径, d1=11.835mm;d0为螺钉外径, d0=14mm;[σ]为螺钉材料的许用应力, [σ]=σs/n=900MPa/2=450MPa;σs为螺钉材料的屈服强度, 对于10.9级螺钉, σs=900MPa;n为安全系数, 这里取n=2。则σ≈146.1MPa, τ≈81.4MPa, σn≈203MPa≤[σ], 符合要求。
3.6 销轴强度计算计算
销轴材料选用锻钢40Cr, 其直径按轴承所承受的最大应力来选取, 按双面纯剪应力进行强度校核。
剪应力为:τ=2F/πd2≤[τ]。
式中, F为液压缸输出拉力, F=300k N;d为销轴直径, d=140mm;[τ]为销轴材料的许用剪应力, [τ]= (0.6-0.8) σb n= (0.6-0.8) ×980MPa/5= (117.6-156.8) Mpa;[σ]为销轴材料的许用应力;σb为销轴材料的抗拉强度, 对于40Cr调质后, σb≥980MPa;n为安全系数, 这里取n=5。则τ≈10MPa≤[τ], 符合要求。
同理可根据招标文件提供的技术参数[3]及招标文件对投标技术文件的要求, 对海门市东灶新河河道工程阀门液压启闭机液压缸参数进行计算, 结果也满足要求。
4 液压系统的设计计算
闸、阀门共用一套液压系统控制, 现按闸门参数进行计算[4]。
4.1 闸门计算参数
4.1.1 根据工作载荷计算启闭机液压缸工作油压
启闭机启门时有杆腔计算油压:
P=4F/π (D2-d2) ≈12.7MPa
4.1.2 液压系统流量计算 (按最大速度计算)
启闭门所需流量计算:
QA1=π (D2-d2) V×10-3/4≈33L/min
启闭门所需流量计算:
QB1=πD2V×10-3/4≈36L/min
4.2 阀门计算参数
4.2.1 根据工作载荷计算启闭机液压缸工作油压
启闭机启门时有杆腔计算油压:
P=4F/π (D2-d2) ≈11.2MPa
4.2.2 液压系统流量计算 (按最大速度计算)
启闭门所需流量计算:
QA1=π (D2-d2) V×10-3/4≈27L/min
启闭门所需流量计算:
QB1=πD2V×10-3/4≈40L/min
4.2.3 系统最大工作压力计算
根据《水利水电工程启闭机设计规范》 (SL41-93) , 油泵最高工作压力按下式计算:
式中, P为液压缸额定工作压力;ΔP为系统中的总压力损失, 通常取额定工作压力P的5-10%。
P=12.7Mpa, ΣΔP=P×0.05, 可求得油泵的最大工作压力Pi=13.3Mpa。
4.2.4 系统最大工作流量计算
式中, K为系统的泄漏系数, 1.1~1.3, 取1.1;QA为系统动作时单个液压缸的开启流量。
启闭机最大工作流量计算:
4.2.5 液压泵额定压力、排量、电机功率计算
考虑到系统的动态压力及油泵的使用寿命, 通常在选择油泵规格时, 其额定压力为系统工作压力的1.25~1.6倍, 这里选P额定=31.5Mpa。
电机功率计算 (按最大压力计算) :液压泵的工作机制为两台单独工作, 互为备用。则电机功率N=PmaxQ/60η=13.3×40/ (60×0.85) ≈10.4KW。
根据以上计算, 选用上海ABB电机, 型号为QA160MA-B35-TH。其主要技术参数:电机功率11KW, 同步转速n=1460rpm (50HZ、380V) 。
液压泵排量计算:根据招标文件, 液压泵的工作机制为两台单独工作, 互为备用。则启闭机液压泵排量q=Qmaxn=44/1460≈30ml/rev。
油泵选用美国PARKER公司的PV046R1K1T1NUPR电比例轴向柱塞泵, 数量2台。其主要技术参数:排量46ml/rev, 额定压力可达35MPa, 峰值压力可达42MPa。使用时可以将泵的排量调到实际需要量。
4.2.6 液压系统用油量计算
两种液压缸的全部无杆腔容积最大值为336L, 考虑管路和油箱的最低液面, 取1000L。液压油选用L-HV32低凝液压油。
4.2.7 管路通径计算
由前面的计算得知, 启闭门液压缸有杆腔油量为33L/min, 无杆腔油量为40L/min。
按液压设计手册及水利水电工程启闭机设计规范规定, 油管内允许流速为:
考虑管路的压力损失, 有杆腔、无杆腔油管均选φ34×3的不锈钢0Cr18Ni9钢管。
4.2.8 压力管路壁厚校验
式中, p为工作压力, 12.7MPa;d为管子内径28mm;[δ]为许用应力, 对于钢管, [δ]=δb/n;δb为不锈钢钢管抗拉强度, δb≥530MPa;n为安全系数, n=4。
计算得出, δ≥1.4mm, 压力油管选用φ34×3不锈钢0Cr18Ni9钢管, 壁厚为3mm, 满足要求。
5 结论
实践证明, 海门东灶港船闸在设计原理上是安全可靠的, 使用上符合技术规范要求。
参考文献
[1]雷天觉.液压工程手册[M].北京:海洋出版社, 1990.
[2]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[3]王国庆, 等.两通插装阀控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2001.
闸上启闭机房建筑设计 篇5
在闸上启闭机房设计过程中,建筑设计作为众多专业之一,对其整体设计的优劣起着重要的作用。而在建筑设计中,平面设计、体型设计及安全疏散等方面的问题又起着举足轻重的作用。以下就主要针对这三方面予以阐述分析。
1 平面设计
在水闸等水工建筑的平面设计中,牵涉到水闸启闭机房、配套用房同楼梯间的布局、安全疏散长度出入口数量(体量较大的启闭机房)的设置。启闭机房设计一般情况是由水工专业、金属结构专业及电气专业结构等提出设备布置要求条件下,再由水工专业与建筑专业共同确定建筑物的平面布置形式。根据相关专业要求,通常闸上启闭机房多同控制室、配电间和发电机房等配套功能用房一并布置。结合水闸设计的特点,除去闸墩及孔数较少的水闸以外,基本平面设计以对称布置较多,配套房间布置于启闭机房两侧。传统水闸设计中,楼梯间疏散无论是单侧还是两侧,均布置在端部位置。这种造型经常被人形容为“扁担”的效果,缺乏变化,因此可以适当地调整布局方式,将楼梯间置于控制楼与启闭机房之间,立面将从古板的“楼梯间—控制楼一启闭机房”简单“一”字形调整为有高低错落的立面效果,楼梯间高耸作为视觉中心的建筑体型。此种在平面布局方式除了满足功能需要外,也为后期进行建筑立面处理奠定了较好的基础。
2 体型设计
闸上启闭机房的体型设计需要在水工、机电等主导专业的技术要求基础上结合项目造价、业主及使用方的建议意见等协调考虑。在整个水利工程项目中启闭机房仅属于较小的一个单位工程,但是对整个工程形象来说具有画龙点睛的作用。
近年来,闸上启闭机房的设计除了满足启闭机围护、仪器盘柜布置及电缆铺设等单体内部相应的功能外,外部立面形态出现了多样化的趋势。尤其在南水北调项目及南方许多水利工程中出现了令人眼前一亮的建筑效果。启闭机房设计目前采用的结构形式主要有3种:轻钢结构、框架结构及底部框架砌体结构。因为许多水工除险加固项目存在,不可能所有机架桥基础重新设计施工,旧的基础无法承受上部较多的围护结构荷载,这种情况下常采用轻型钢结构形式。单纯的轻钢结构因围护结构材料的原因无法达到较好的视觉效果,常需借助其它立面元素满足视觉效果的要求。例如蓟运河闸除险加固工程中的启闭机房,在轻钢结构和轻型板材的基础上增加了局部的装饰钢架,既避免了荷载过大对原有机架桥基础的不利影响,同时也适当丰富了立面,满足了视觉效果,见图1。
框架结构及底部框架砌体结构两种形式多用于新建及重建项目中启闭机房设计,能够最大限度地发挥不同建筑材料的优点,达到甲方需要的建筑效果。
启闭机房一般都设置于水工闸墩以上,周边即是较大面积的水域或者自然的河道景观,设计者应在满足相关专业对建筑功能需求的前提下,充分考虑建筑与环境的自然融合,与自然相协调。蓟运河防潮闸方案结合附近蓟运河古道的远期规划、而永定新河防潮闸则结合中新生态城整体规划进行体型设计,从目前完工后的效果来看同周边环境相对协调,基本达到了设计预期的效果。
3 安全疏散设计
有关启闭机房安全疏散的问题,从现行《建筑设计防火规范》及《水利水电工程设计防火规范》中无法找到明确的相关条文规定。但安全无小事,因启闭机房内部经常有电缆、配电盘柜等电气设施,同时出于对水利工程运行人员的安全考虑,在实际的设计工作中一般参照《水利水电防火规范》4.2.5条规定“室内最远工作地点到该层最近的安全疏散出口的距离不应超过60 m”进行安全疏散出口的设计。
在具体设计过程中,启闭机房安全出口的数量根据启闭机房的长度确定:部分启闭机房长度在60 m以内(因规模较小无需设置控制楼等配套功能而单独建设或虽设置配套控制楼但长度不大于60 m)可仅设1个安全出口,1部疏散楼梯。长度大于60 m的启闭机房,需根据具体长度增设安全疏散出口。启闭机房在60～120 m之间可在两端设置2个安全出口,满足启闭机房室内任何一点至安全出口的疏散距离不大于60 m的要求。启闭机房在120～240 m之间因在中间位置增设安全出口成本较高且实施难度较大,此时可通过在房间中部增设防火墙及可以双向疏散的防火门,即在防火墙左右两侧形成可以互相借用的2个防火单元,并开设防火门来满足安全疏散的相关条件。启闭机控制等相关电缆布置方式(电缆桥架、电缆沟或者架空地板)在相应位置考虑防火阻隔的相关措施。例如在蓟运河闸的启闭机房长度为140 m,就采用了在启闭机房中间位置增设防火墙,并在防火墙上分别开启了2处可以到达相邻分区的防火门,较大地节约了因为安全疏散提高的工程造价。针对长度大于240 m的启闭机房,则需通过增设安全疏散出口及设置防火墙的办法予以解决。具体增加安全出口的部位应结合任何一点至安全出口不大于60 m的原则进行设置。并在满足疏散的前提下尽可能地减少安全疏散出口,以适当节约工程造价。例如永定新河防潮闸长度近400 m,就在启闭机房中间增设了3部疏散楼梯,既满足内部的疏散要求,同时又节约了工程造价。
4 展望
建筑设计是一个创作的过程,闸上启闭机房等水工建筑同样是需要建筑设计师精心完成的作品。在水利水电工程建筑设计中,设计师要研究水利水电工程的自身特点和同相关专业的配合,运用自身的美学知识及专业理论来形成基本构思。然后以此为基础在满足国家相关规范规程的前提下,通过不同的建筑技术处理方法、应用新型材料及丰富的立面色彩,使得建筑的外观与装饰的格局既能反映水利水电工程的特点,又同时具有建筑应有的属性。在闸上启闭机房设计过程中各专业需摒弃各自专业的固有思维,尽可能在满足水工建筑功能性的前提下,使得外型呈现出令人满意的建筑形态,使其成为周边环境的视觉焦点。
参考文献
[1]GB 50016-2006建筑设计防火规范[S].
液压启闭机原理及日常维护 篇6
关键词：液压启闭机,液压缸,维护
1 前言
启闭机是水利、电力工程专用的永久设备, 其能实现闸门的开启和关闭、拦污栅的起吊与安放。启闭机可分为固定卷扬式启闭机、螺杆启闭机、液压启闭机、移动式启闭机。其中液压启闭机又称液压缸, 其有着广泛的应用[1]。本文从原理、常见故障以及维修维护3方面对液压启闭机进行了介绍。
2 液压启闭机的原理及简介
液压启闭机是将液压系统的压力能转换成直线往复运动形式的机械能。它结构简单, 工作可靠, 在各种机械的液压系统中得到广泛应用。按结构形式分为活塞式、柱塞式和摆动式;按作用方式可分为单作用液压启闭机和双作用液压启闭机。对于单作用液压启闭机, 可以是活塞单相作用, 由弹簧使活塞复位, 也可以是柱塞单向作用, 由外力使柱塞返回;对于双作用液压启闭机, 可以是活塞双作用或双柱塞双作用, 各有不同。液压启闭机尽管型式不同, 但其原理均是利用液体的压强以及受力面的不同, 产生强大的拉力。典型液压启闭机主要由缸体组件 (缸体、前后端盖) 、活塞组件 (活塞、活塞杆) 、密封装置 (密封环、密封圈) 、缓冲装置以及排气装置组成。以单活塞单向作用液压启闭机为例, 缸体和密封装置构成密闭空间, 保证了不同侧液体的压强, 活塞组件作为动能传递的媒介。
3 液压启闭机的常见故障
液压系统的工作是在封闭的管道和壳体中进行的, 无法从外部观察, 因此安装和测量都不够方便, 同时其对故障敏感, 因此液压传动系统的故障率较高, 且出现故障难以查找原因。此外, 液压启闭机作为液压系统的组成部分之一, 其故障往往与整个系统有关。作为动力元件, 液压启闭机产生故障往往对生产的影响较大。本文首先介绍液压启闭机的常见故障及其原因, 之后再介绍其解决和日常维护的方法。从故障现象分, 液压启闭机故障主要表现为[2]:
3.1 动作不灵
液压启闭机动作不灵表现为不能动作, 动作速度达不到规定值, 爬行、运行中不正常响动和缓冲作用不好等。对于不能动作和速度达不到规定值, 如果缸内压力不达标, 则原因为内泄漏过大或液压回路存在故障, 若压力符合规定, 则原因主要是设计结构的问题。爬行现象是液压启闭机最常见的故障之一。爬行现象即液压启闭机运动时出现跳跃式的时停时走的运动状态, 这种现象在低速运动时最容易发生。产生爬行的主要原因是缸内存有空气, 液压启闭机工作前必须充分排除缸内空气。不正常响声主要是由于相对运动的表面摩擦产生, 金属面的润滑油面破坏或者接触压力过高都会产生摩擦声。此外, 缓冲作用不好也会在缓冲过程中产生爬行。缓冲作用不好还表现为缓冲过度和缓冲失效。
3.2 液压启闭机泄露
液压启闭机泄露分为内泄漏和外泄露, 其中内泄漏主要影响液压启闭机的技术性能, 使其无法达到设计的压强, 从而影响工作压力、运动速度以及工作平衡性;外泄漏不仅会污染环境, 还容易导致火灾。泄漏都是由密封特性不好产生的, 根据泄露部位是否运动, 可分为固定部分和滑动部分2种泄漏以及液压启闭机破损所产生的泄漏。
(1) 固定部位的泄漏主要是指密封件、焊接点等。如由于密封槽具有毛刺或倒角不合要求, 进而在安装时密封件损伤造成泄漏或因密封件散热性能较差、老化导致磨损, 都会导致内泄漏的发生;焊接不良导致焊缝出现气孔、假焊等现象, 也有可能导致外泄漏的发生。
(2) 滑动部分的泄漏是指活塞与缸筒内孔、活塞杆与缸盖密封处发生的泄漏。如果完全控制这些部分的泄漏, 会加快摩擦发热, 并且使密封件的使用寿命缩短;如果泄漏严重, 则会影响液压启闭机的使用性能。滑动部分泄漏的主要原因是由于密封件的磨损。
(3) 液压启闭机破损多发生在作用力或压力超出设计值的情况下, 其原因包括重载或高速的活塞运动中突然停止、缓冲作用过度或不起作用, 其主要表现为缸筒内孔壁拉伤、缸筒胀大和裂纹破漏、活塞杆产生纵向弯曲、沟槽拉断和螺纹剪切破坏、焊接部位破漏、螺栓断裂等。
应当指出, 内泄漏是无法绝对避免的, 因此我国要求内泄漏试验中, 在额定压力下, 将活塞停于油缸的一端, 保压10 min, 每分钟内泄漏量不应超过D2◆-d2◆200 ml (D为缸径, 单位为cm;d为活塞杆直径, 单位为cm) 。而对于外泄漏露试验, 则应要求在额定压力下, 将活塞停于油缸的一端, 保压30 min, 不得有泄漏现象[1]。
4 液压启闭机的故障处理与日常维护
在说明液压启闭机的常见故障后, 介绍液压启闭机的故障处理与日常维护工作。首先应当说明, 事故处理永远是被动措施, 在安装过程中应细致认真, 强调检查试验对于设备运行状况的重要性, 重视日常维护, 其效果远远好于事故后处理。很多故障是难以修复或者需要大量的时间和金钱才能修复的, 而产生的原因却是由于安装过程中的疏忽或者试验不到位、对试验结果中的疑问没有及时得到解决引起的。
由于液压启闭机的故障处理往往是拆卸、修复、重新安装、试验检验这一步骤, 且大量故障往往发生在刚安装完毕的液压启闭机上, 故本文将故障处理与日常维护、试验检验工作统一考虑, 同时应当注意以下几点:
4.1 液压启闭机的选择和匹配
液压启闭机的参数是否符合现场实际使用要求, 特别是额定负载, 即启门力、闭门力、持住力均应符合现场实际要求。油缸、活塞是否符合文献[1]的要求, 密闭材料的性能应有足够的抗撕裂强度、耐高压, 并注意其摩擦阻力、有无粘着、老化状况。应检验各电器元件是否有产品合格证, 且有无损坏现象[3]。
4.2 液压启闭机运转前的检查
门槽及油缸运行区域内的清洁, 以保证闸门及油缸运行不受外界阻碍;液压系统的滤油芯应及时清洗或更换;保证环境温度不低于设计工况的最低温度;充油时应排除空气, 管路充满油后, 应调整油泵溢流阀, 使油泵在其工作压力的50%、75%、100%情况下分别连续运行5 min, 检查有无震动、杂音、油温过高以及阀门和管路漏油情况。
4.3 液压启闭机的实际应用检验
手动操作试验合格, 方可进行自动操作试验。启闭和快速关闭闸门试验时, 准备记录闸门提升、快速关闭、缓冲的时间和当时库水位及系统压力值, 其快速关闭时间应符合设计规定。快速关闭闸门试验时, 应做好切断油路的应急准备, 以防闸门过速下降。闸门沉降试验:将闸门提起, 在48 h内, 闸门因液压启闭机的内部漏油而产生的沉降量应不大于200 mm。闸门的沉降量超过200 mm时, 应有警示信号提示, 液压系统应具备自动复位的功能。
4.4 液压启闭机故障的排查处理
液压系统的故障并不像电气系统的故障, 可通过实时的监测记录检出, 故障往往是通过一些现象反映, 但故障原因的查找则极为困难。本文从故障现象出发, 设定排查思路。参照之前对故障原因的分析, 排查思路如下:
(1) 对于不能动作的现象, 首先应从液压启闭机的外部查找原因, 排除了外部因素后, 进一步检查内部原因。执行运动部件的阻力是否过大, 是否有卡死或顶住其他部件的情况, 油液是否进入液压启闭机, 特别是油路接头是否阻塞, 油压是否达到了规定值;滑动部件的配合过紧、密封摩擦力过大;设计制造是否存在不当。
(2) 动作不灵敏是指动作指令发出后液压启闭机不能立即动作, 经短暂延时后才能动作, 或时动时不动, 且很不规则。此时应重点检查缸内是否有空气, 液压泵运转有无不规则现象。
(3) 对于爬行现象, 应排查液压系统中有无空气, 充分排除空气、密封摩擦力过大、滑动部分严重磨损等内部原因;并排查运动机构刚度是否过小、安装精度差如何、相对运动件间的静摩擦系数与动摩擦系统差别是否超标等情况。
5 结语
液压启闭机作为水利电力工程的专用设备在现场有大量应用。本文对液压启闭机的原理进行了简要介绍, 并详尽地分析了主要的故障现象及其原因, 以及提出了故障处理、日常维护、试验检验应统一认识, 从安全运行角度将这些工作作为同一工作对待。结合工作经验, 本文对设备的选择、设备投入前的检查、新装设备及检修后设备的试验以及故障排查都提出了自己的看法。应当说, 对于液压启闭机的故障处理、日常维护工作, 在严格执行已有的规程规范外, 更应结合实际运行中的经验, 吸取以往出现过的教训, 才能将工作更好的完成, 保证液压启闭机的安全有效运行。
参考文献
[1]SL381—2007水利水电工程启闭机制造安装及验收规范
[2]张建新, 赵明海.液压缸的故障分析[J].陕西机械, 2001
[3]何存兴.液压元件[M].北京:机械工业出版社, 1982
小议水工建筑物启闭机设计 篇7
作为水工建筑物的启闭机是一种专门用来启闭水工建筑物中的闸门用的起重机械。它与通用起重机一样，是一种循环间隔吊运机械。作为特种用途的起重机，启闭具有荷载变化大。前面各章介绍了闸门启闭力的计算，启闭力包括闸门门叶自重、行走摩阻力、配重或水柱压力、上托力、下吸力等，除自重外，后几种力都与闸门承受的水压力有关，而闸门承受的水压力是随门叶移动而变化的。因此，启闭机的载荷是在不断变化的，变化幅度很大且非常不均匀。例如，当闸门下落关闭时，作用在启闭机挠性构件上的载荷有可能下降为零，也就是说闸门及其附件的重力不足以克服摩擦阻力，只得添加配重或者采用刚性杆件施加闭门力把闸门压下去。而有时闸门提升过程中因意外原因出现卡阻，最大载荷有可能超过原先设计的额定载荷，所以中等以上容量的启闭机一般要求设置负荷指示和负荷限制器；工作级别一般较低，但要求绝对可靠。除一些船闸以及泄洪用的闸门在特定时期内启闭较频繁外，其余的闸门都比较少操作，因此启闭机工作级别一般较低，但是它在水工建筑物上的重要性却很高，要求它的工作绝对可靠，这就要求平时特别注意启闭机的保养维护；多数闸门、特别是大跨度闸门上具有两个吊点，所以这类闸门的启闭机具有两套额定容量相同的起升机构，为保证闸门的顺利启闭，就要求保证双吊点同步，特别在液压传动的启闭机中是一个重要的课题；要适应闸门运行的特殊要求。例如快速事故闸门，要求快速闭门，但并不需要快速启门，因此启闭机要求具有两种速度；又如带充水阀的闸门，要求启闭机在开启充水阀后自动停机，待充水平压后再提升闸门。
2 水工建筑物启闭机的类型
启闭机的类型也是多种多样的，不同类型启闭机多数用它的机构特征来命名，如固定卷扬式启闭机、液压式启闭机等。启闭机按传动形式分为机械传动的和液压传动的。机械传动的启闭机按布置形式分为固定式和移动式两大类。液压传动的启闭机一般只有固定式。
2.1 固定式启闭机：
通常一台固定式启闭机只用于操作一扇闸门，启闭机只设置一个起升机构，不必配置水平运动机构。固定式启闭机根据机械传动类型的不同，有卷扬式、螺杆式、链式、连杆式等。固定卷扬式启闭机最为常见，广泛用于平面闸门和弧形闸门上。国内已有QP、QPK、QPG等系列化产品。一般在400kN以下的固定卷扬式启闭机，可设手摇机构。固定卷扬式启闭机，由于在启闭力和扬程方面有宽广的适应范围，因此使用极其广泛，主要用于靠自重、水柱或其他加重方式关闭孔口的闸门和要求在短时间内全部开启的闸门。另外，固定卷扬式启闭机可增设飞摆调速器装置，闭门速度较快，用于启闭快速事故闸门。卷扬式弧门启闭机主要用于操作露顶式弧形闸门，有两种形式。吊点设置在面板前面的弧门启闭机的布置，为了适应弧门转动的需要，启闭机上一般不能采用滑轮装置，只能用单根或多根钢绳自卷筒引出并直接连到闸门吊耳轴上的方式。这一做法使该类弧门启闭机的起重容量受到较大的限制，吊点设置在门叶顶部或面板后面，采用平面闸门卷扬式启闭机替代或改装。另外出现一种所谓“盘香式启闭机”，用于启闭大型弧门，但其自重较大。
2.2 移动式启闭机：
移动式启闭机可以实行一机多门的操作方式。因此，除了起升机构，移动式启闭机还需配置水平移动的运行机构，其起升机构多用卷扬式。根据机架的结构形式和工作范围的不同，移动式启闭机可分为台车式、单向门式和双向门式双向门机除大车运行机构外，还有小车运行机构，门架和小车的走行方向互相垂直。另外有时电动葫芦也可作为移动式启闭机来启闭小闸门。移动式启闭机多用于操作多孔共用的检修闸门，它的形式选择应根据水工建筑物的布置、闸门的运行要求以及启闭机的技术经济指标等因素确定，布置时需注意在其行程范围内与其他建筑物的关系。台车式启闭机和单向门式启闭机用于操作吊点位于与启闭机行走方向一致的同一轴线上的闸门。台车式启闭机一般要求水工建筑物上设置排架，或在启闭机下可提供闸门进行锁定、存放、维修等的空间。双向门机可操作吊点位于不同轴线上的几种闸门，或用于操作需要双向移动的闸门。采用门机时水工布置简洁美观，有时为降低门机高度，减少设备的造价，应考虑采取闸门分节等措施。另外，双向门机作为一种大型设备，除操作闸门外，尚需考虑其他用途，如满足其他机械设备检修时吊运要求等，必要时可考虑设置回转吊臂。目前国内工程实践中采用的最大门式启闭机容量达5000kN，跨度为24m。
2.3 液压启闭机：
液压启闭机根据液压缸的作用力分为单作用式、双作用式。由于机械制造工艺水平和液压元件系列化、标准化水平的提高，启闭机液压化的趋势在国内外都是明显的，所以液压启闭机的地位越来越高。目前国内已有QPPY、QPKY、QHLY等系列化液压启闭机。液压启闭机启闭力可以很大，但扬程却受加工设备的限制。双向作用的油压启闭机，多用于操作潜孔平面闸门和潜孔弧门。用于操作潜孔弧门时，需设置可转动支座或设置导轨及滑块及铰接吊杆与闸门连接，工程实例中液压启闭机容量较大的有：五强溪水电站表孔弧形闸门液压启闭机，启门力为2×3850kN，行程12.5m；岩滩水电站进水口快速闸门启闭机容量为8000/6000kN（持住力/启门力），行程16.9m。
3 水工建筑物启闭机的参数设计
3.1 启闭力设计：
启闭力是启闭机的额定容量，它相当于通用起重机的额定起重量，单位为千牛(kN)，如果是双吊点，则称2×多少千牛(kN)。启闭力是根据闸门的启门力、持住力和闭门力中的最大值来确定的。这三个力分别考虑了闸门在启门和闭门时在动水或静水条件下的自身重力、加重块重力、摩擦力、水柱作用力、下吸力、上托力等因素的力学关系。在启闭机的起升机构中，下降速度接近起升速度，只需标出起升速度即可。但是在快速下降闸门的启闭机的下降速度和起升速度不同，故需分别标出起门速度和闭门速度。螺杆式启闭机启闭速度一般为0.2～0.5m/min，卷扬式启闭机启闭速度一般为1～2.5m/min，大容量启闭机的启闭速度则低些。所有启闭机的速度在闸门接近底槛时应不大于5m/min。运行速度：移动式启闭机的运行速度，大车一般为10～25m/min，小车由于行走距离非常有限，一般为5～10m/min。旋转速度：通常只限于门式启闭机的悬臂吊车，旋转角度有限，故旋转机构驱使臂架旋转速度控制在0.5r/min左右。
3.2 扬程设计：
扬程是指启闭机的吊钩在闸门安装检修或运行过程中升降的最大高度，与通用起重机械的起升高度是同一概念。对于弧形闸门，则以吊钩在两个极限位置时，起重元件长度的差值为定义。对于门式启闭机其扬程包括轨上扬程和轨下扬程。启闭机的扬程应根据闸门的运行条件决定。
3.3 跨度及吊点间距设计：
跨度是指移动式启闭机的大车两侧行走轨道中心线之间的距离，通常就是启闭机的轨距，但在弧形轨道上运行的启闭机有细微的差别，所以弧形轨道应标明最小弯曲半径。启闭机的轨距单位为m。对于双吊点启闭机而言，由闸门上两个吊点的布置情况来确定。它等于起吊闸门在最高位置时，两个取物元件之间的水平间距，单位为m。一般为闸门两个吊耳的距离。启闭机和通用起重机械一样，是一种循环间隔性工作的机械。除液压启闭机外，启闭机机构的工作级别按机构的设计寿命和荷载状态划分为4级。主起升机构的工作级别就是启闭机的工作级别。
3.4 启闭机的一般技术设计要求：
启闭机的形式比较多，布置形式也不同，启闭机选型布置应根据水工布置、门型、孔数及操作运行、时间要求和各种常用启闭机在设计、制造和运行等方面的主要特点，经全面的技术经济论证后选定。启闭机的选型布置还必须满足技术先进、经济合理、操作可靠、安全运行、维修方便、景观协调和安全卫生等要求，并能尽量发挥启闭机在工程中的最大效益。启闭机的选用应优先考虑现有系列化的产品。启闭机的启闭力应大于或等于计算启闭荷载；也允许略小于计算启闭力，但不得超过5%，同时还应符合启闭机系列标准规定。启闭机扬程可根据运行条件决定，并应满足溢流闸门可提出溢流水面曲线以上1～2m，以避免闸门受水面漂浮物的撞击。快速闸门可提到孔口以上0.5～1.0m。闸门检修时可提到检修平台以上0.5～1.0m。启闭机除满足启闭闸门的最大工作扬程，为了保证启闭机安全可靠地工作，不同形式的启闭机应装设相应的安全装置，如制动器、荷载限制器、力矩限制器、升降的限位装置、行程限制器、缓冲器、防风夹轨器、锚定装置、液压系统保护装置溢流阀、压力继电器等以及电气保护装置等。启闭机还应采取防潮通风、防腐蚀和防风沙等保护措施。启闭机应安装在最高水位以上，防止启闭机被淹，并应便于闸门、门槽及启闭机部件等正常检修。根据气候、风沙情况，考虑检修人员的工作等条件，固定式启闭机可以设置在机房内，也可布置在室外。设置机房时应与闸门通气孔分开，其平面尺寸除机器靠机房一侧应留有必要的检修、安装空间外，其余与墙壁之间应留有人行通道，其宽度不应小于0.8m。布置在室外的启闭机应加设活动机罩和栏杆。在严寒地区，且在冬季有运行要求的启闭机，其机房应有保温设施，选择工作油或润滑油的牌号应考虑工作地区的气温条件。
4 结束语
根据启闭机工况条件和技术经济指标，有条件时可采用高扬程启闭机，以避免拆卸吊杆。布置高扬程启闭机时要防止动滑轮组、钢丝绳与闸门门槽的干扰。动滑轮组应设置防止钢丝绳脱槽的防护措施。对于浸入水中的动滑轮组，宜采用滑动轴承，轴表面应采取防腐措施，采用滚动轴承时应设密封装置。对于经常浸入水中的钢丝绳应选用镀锌钢丝绳。启闭机起吊平面闸门时的起吊中心线应与闸门起吊中心线一致。对于启闭力大的移动式启闭机，其吊具与闸门或吊杆及吊耳连接时，宜采用自动挂脱梁或手摇联轴装置。对固定式启闭机，当连接轴重量较大而操作困难时，也宜设置手摇联轴装置。对用以操作泄洪及其他应急闸门的启闭机，必须设置可靠的备用电源。启闭力小的启闭机必要时可以设置手摇机构。双吊点闸门的启闭机，应设置同步装置。在启闭过程中，不应因各部分误差而影响闸门运行。对于闸门前有泥沙淤积的双吊点启闭机，其启闭力的确定应考虑两个吊点启闭荷载的不均匀系数。有小开度充水要求的闸门，启闭机应设有能满足小开度精度的行程开关或其他措施。
摘要：水工建筑物启闭设备作为闸门的一部分,用于操作门叶的移动,达到开启、关闭孔口的目的。在水利水电工程中,将启闭闸门用的起重机械统称为启闭设备,包括启闭闸门的启闭机、取水口拦污栅的清污机。
关键词：水工建筑物,启闭设备,设计,技术
参考文献
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