液压启闭机静磁栅行程检测装置

□吴志强（南水北调中线建管局河南直管建管局）

1.概述

目前国内表孔弧门液压启闭机的行程检测装置的类型主要有：外置式钢丝绳行程检测装置、内置式钢丝绳行程检测装置、静磁栅行程检测装置（图1）、线性位移行程检测装置、陶瓷杆配套的CPMS 行程检测装置。

图1 静磁栅行程检测装置结构图

南水北调表孔弧门液压启闭机活塞杆采用45 号钢镀铬的行程检测装置,使用的检测装置有内置式钢丝绳行程检测装置和静磁栅行程检测装置。根据大量工程中对行程检测装置的使用经验，行程检测装置是液压启闭机整体设备中关键部件，直接影响双缸纠偏，使用频率高，故障率相对较高。

2.两种行程检测装置性能参数对比

内置式钢丝绳行程检测装置检修维护困难；静磁栅行程检测装置也为外置式，但刚度较好，检测精度也较好，维护便利。以下对采用的内置式钢丝绳行程检测装置和静磁栅行程检测装置的基本性能参数进行比较：

根据两种产品的性能表，两种产品基本性能都可以满足工程的使用要求。

3.两种行程检测装置安装检修维护的简便性

内置式传感器采用一端固定在油缸上盖，另一端固定在活塞杆尾部的安装型式。这种安装型式传感器相对安全，但检修维护时相对繁琐。如深孔、进水口等安装型式，必须将活塞杆缩回至油缸端部，再拆除油缸上盖上的传感器，进行维修和更换，同时会导致液压油的泄漏。而尾部支铰的表孔弧门等安装型式，检修更为麻烦。如产生钢丝绳断裂的情况，必须将油缸从闸门上拆下，拆除上端盖后进行维修或更换；同时钢丝绳断裂后，如油缸进行启闭动作，可能会拉毛或损伤油缸的缸体。南水北调河北段的某些项目，采用的内置式钢丝绳传感器出现了较多的故障：一方面是传感器检修空间受限，另一方面当钢丝绳出现断裂时，必须将油缸从闸门上拆下，而因活塞杆吊头长期泡水，给检修工作带来了很大的麻烦。

静磁栅行程检测装置通过抱箍的型式直接固定于油缸的缸体和下吊头上（见图2），并且不与液压油直接接触，在需要检修维护的时候，可以在不影响油缸使用的情况下直接将其拆下，维护简单而方便。根据大量的工程实例，静磁栅行程检测装置在调试结束后故障率较低，在实际的使用过程中基本可以实现传感器部分的免维护。

图2 静磁栅行程检测装置安装型式示意图

4.静磁栅行程检测装置介绍

4.1 静磁栅闸门开度仪功能描述

静磁栅闸门开度仪应用特有的静磁栅直线绝对编码技术，根据水利水电闸门开度测量的特点所研发的系列产品，属数字化直线绝对位移传感器。特别适用于船闸、航道、水库等用于高精度、大量程闸门开度测量环境的使用。

静磁栅位移检测技术利用磁敏线性阵列纵向编码方式，获取毫米数量级的绝对检测精度，悬浮无接触，单边有源，低功耗，因而，其传感检测单元，可以使用任何非磁性金属材料（如铝合金，铜，不锈钢等）高度密封屏蔽，机械强度和适应恶劣环境的能力，比起其它位移检测技术，具有特别显著的优势。

静磁栅闸门开度仪属外置式刚性结构直接测量直线绝对编码器，核心部件是进口线性霍尔传感器和进口超大规模集成电路，它由静磁栅尺和测量杆两部分构成。测量杆内封装连续位移“强磁性条形码”，静磁栅尺为“精密磁性条形码摄取装置”。静磁栅尺长1230mm，由安装座固定安装在油缸上，电缆由后部引出；测量杆使用工业级不锈钢方管定制，前部装有万向关节轴承，利用前安装座与油缸活塞杆前部连接，通过安装在油缸上的不锈钢导向套管导向，工作时随着油缸的伸缩运动，不锈钢测量杆对应在静磁栅尺上做无接触移动，静磁栅尺上感应到闸门开度信号，直接测量活塞杆绝对位移，测量精度为1mm，产品结构简单直观，高度可靠。按照水利工程惯例，当活塞杆完全伸出时，开度为“0”mm，活塞杆完全缩进时，开度为最大值。

静磁栅闸门开度仪采用外置沿油缸安装方式。不锈钢测量杆前端通过自润滑关节轴承与活塞杆前部吊头连接，静磁栅尺通过不锈钢螺丝安装在油缸前部的支座上，不锈钢测量杆和静磁栅尺之间保持3～5mm 的间隙。静磁栅尺上的屏蔽电缆直接连接至电控柜，整套传感器可以直接长期置于水下工作，电气接口形式多样。

配合静磁栅线性位移传感器共同工作的是闸门开度测控仪，它将传感器位移信号显示在面板上，同时还可进行多项设置，例如：闭门位置，最高开启位置，最大同步偏差，下滑100mm保护点，下滑200mm 保护点，机械安装“零”点等，所有相关动作点都有相应继电器触点输出。闸门开度测控仪还可由用户指定选配信号远传输出。

当油缸伸缩运动时，吊头连接装置带动不锈钢磁栅源测量杆作1：1 的运动，静磁栅尺传感的是直接的直线位移信号，静磁栅尺上的屏蔽电缆将信号传送至电气控制系统。万一出现故障，仅需拆除静磁栅尺安装螺丝，拆卸信号电缆，即可将静磁栅尺取下维修，非常方便。

静磁栅闸门开度仪产品机械结构简单坚固直观，是它可靠性得以显著提高的重要基础。静磁栅闸门开度仪突出了刚性直接测量、精度较高的特点，适应多种闸门形式，新建工程和改造工程均能配套，还可提供水下运行产品。其不锈钢磁栅源测量杆强度高、移动磨阻小、一次成形，防冰冻、防水中漂浮腐蚀物能力强；其静磁栅尺外壳坚固，体积小，结构设计充分考虑了防水、防振动、防撞击、防腐蚀等机械可靠性因素，电路设计则充分考虑了防雷、防静电、防干扰、防过流、防过压、防反接等电气可靠性因素，为水利水电工程闸门开度测量提供了又一种新的选择。

4.2 静磁栅闸门开度仪防水性能分析

闸门开度仪是水利水电工程闸门关键传感控制设备之一，使用环境的工况条件各不相同。其中，传感部件长期浸没在水下，且频繁受到河道中各类漂浮物撞击缠绕，要算较为恶劣的工况条件，涉及的闸门门型有液压启闭机双吊点表孔弧形闸门，液压启闭机深孔平板闸门和部分拦蓄通航节制闸门等。

传统钢丝绳外置式闸门开度仪使用范围广，价格低廉，用量大，遇到上述恶劣工况条件时也会采用修补性的解决方案。而后，钢丝绳闸门开度仪也发展了内置式结构形式，原理上，适应恶劣工况环境有了突出的进步，不过，内置式开度仪一旦发生故障，维修比较困难，实际工程案例已给予证明。

静磁栅外置式闸门开度仪为刚性结构直线位移传感器（也可方便地制作成弧线形式），采用数字化绝对编码方式和良好的密封技术，多项成功应用案例中有不少处于恶劣工况环境的水利水电工程，客户普遍持正面反映。