向家坝升船机下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障分析

马麟 黄仁辉 刘佳洋

摘 要：本文介绍了向家坝升船机横导向系统及下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障，详细讲述了对该故障进行统计、理论分析、验证及处理的过程。

关键词：向家坝升船机;横导向;导向缸;漏油;电磁阀

中图分类号：U642           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0122-03

向家坝升船机所处河段为通航河段，通航里程上至新市镇，下至宜宾市，全长105km。向家坝所处河段对金沙江内河运输意义重大，设计年过坝货运量为112万吨，客运量为40万人次。向家坝升船机按IV级航道设计，设计船型为 2×500 t（1 船 2 驳）船队，同时兼顾1000t级单船。向家坝升船机为一级全平衡垂直升船机，布置在大坝左岸，升船机最大提升高度114.20m。船厢的升降运行由驱动系统驱动，在船厢升降运行期间横导向机构对船厢进行横向引导，使船厢横向中心线始终位于两侧横向导轨的对称中心线上，并将船厢横向载荷传递至塔柱。

1 横导向系统

横导向系统分为上游横导向系统和下游横导向系统，分别布置在船厢的上游侧和下游侧，每套横导向系统由2套导向装置和1套补偿系统组成。2套导向装置对称布置在船厢两侧，在船厢运行时导向架跟随船厢沿着导轨运行。在正常工况下，承压条与横向导轨面之间保持2mm的设计间隙，只有导向轮参与工作;在地震工况下，导向轮弹簧被压缩，承压条与导轨之间的间隙消失，船厢横向载荷通过导向装置传递至塔柱。补偿系统分别由补偿油缸和高位补油箱组成，通过管路与导向机构的油缸连接，用于补偿导向装置油液因泄漏和温变产生的体积变化。

2 下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障

2.1  故障情况统计

2019年12月下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障共出现24次。按时间分，9次为白天通航期间（8：00～20：00）报出，15次为停止通航后报出;按船厢位置分，13次为上游对接位报出，6次为下游对接位报出，5次为位于上下游对接位之间的位置报出;按船厢是否运行分，该故障报出时船厢均停止运行（11月29日船厢在上行过程中报出过该故障）;按船厢内有无船舶分，4次船厢有船，20次船厢无船。

2.2  故障介绍

下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障会闭锁船厢运行，需要现场进行横导向偏差调整后船厢才能满足运行条件，该故障的频繁报出降低升船机通航效率。

从图1可以看出，导向架与导向缸活塞杆相连，导向缸与船厢相连。导向缸偏离值为右侧导向缸活塞杆行程值减去左侧导向缸活塞杆行程值。

当导向架和船厢均处于基准位置时两侧导向缸活塞杆行程值为0.220m，导向缸偏离为0。当船厢偏离对称中心线向左时，左侧导向缸行程值小于0.220m（活塞杆相对于导向缸向中心线运动），右侧导向缸行程值大于0.220m（活塞杆相对于导向缸向导轨运动），导向缸偏离值为大于0。当船厢偏离对称中心线向右时，左侧导向缸行程值大于0.220m，右侧导向缸行程值小于0.220m，导向缸偏离值为小于0。当导向缸偏离值大于等于±10mm时故障报出。补偿缸活塞杆行程值也会跟随发生变化。

频繁报出的故障为下游横导向仅导向缸偏离超-10mm，表明船厢偏离对称中心线向右。2020年2月26日通航结束后至2月27日通航开始前对下游横导向左右侧导向缸行程值、补偿缸行程值、压力值变化统计如表1所示。

从表1可以看出，经过12个小时，左侧导向缸行程变大5mm，右侧导向缸行程变小1mm，补偿缸行程变大37mm（补偿缸行程基准值0.150，偏差超±50mm报补偿缸偏离故障）。导向缸左腔压力减小1MPa，导向缸右腔压力减小0.3MPa，补偿缸无杆腔压力减小0.7MPa。

3 故障分析

3.1  自然原因

風力作用及地震均可能导致船厢发生横向移动，造成左右侧导向缸偏差。向家坝升船机设计运行风级≤6级，基本地震设计烈度为7度。在2019年12月统计下游横导向故障期间未发生地震，也无持续强风，因此该故障非自然因素造成。

3.2  导轨原因

横导向装置的导轨不平会导致导向架牵引活塞杆移动，从而造成左右侧导向缸偏差。导轨原因可分为：导轨某特定高程不平和导轨整体偏斜。

3.2.1 导轨某特定高程不平

如果某处导轨凹陷，凹陷处导轮悬空或由于弹簧作用伸出，另外三个导向轮正常受力，导向装置形态未发生变化，不会引起活塞杆位置变化。如果某处导轨突起，凸起处导轮由于弹簧作用缩回，另外三个导向轮正常受力，导向装置形态未发生变化，不会引起活塞杆位置变化。

3.2.2 导轨整体偏斜

假设左侧导轨向左倾斜，船厢向上运动过程中，左侧导向架牵引对应活塞杆向左运动，左侧导向缸行程值变大。为保持船厢横向中心线位于两侧横向导轨的对称中心线上，船厢整体向左移动，右侧导向缸行程值变大。

假设左侧导轨向左倾斜，船厢向下运动过程中，左侧导向架牵引对应活塞杆向右运动，左侧导向缸行程值变小。为保持船厢横向中心线位于两侧横向导轨的对称中心线上，船厢整体向右移动，右侧导向缸行程值变小。

由以上分析可知，当左侧导轨向左倾斜，船厢经过一次上下往复运动后，两导向缸行程值同步变化（行程值先变大后变小），最后理论上会恢复至基准值。此种情况下导向缸行程变化规律和表1中实际导向缸变化规律不一致，因此可以排除导轨整体偏斜导致下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障。导轨其余偏斜情况可以进行类似分析。

从故障情况统计也可以看出，该故障与船厢位置及船厢是否运行并无太大关系。

3.3  漏油原因

液压系统漏油会导致导向缸活塞杆移动，从而报出下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障。漏油原因分为液压系统内漏和外漏。液压系统内漏和外漏导致的现象一致，因外漏易于观察，内漏不易察觉，所以重点进行液压系统内漏分析。液压系统内漏又分为导向缸左腔压力油内漏、导向缸右腔压力油内漏和补偿缸无杆腔内漏。导向缸和补偿缸通过电磁阀连接液压系统压力油和回油，具体连接情况如表2所示。

3.3.1 导向缸左腔压力油内漏

如果电磁阀YV10或YV6内漏，左侧导向缸行程值变大，右侧导向缸行程值变小，补偿缸活塞杆行程值变大。同时导向缸左腔压力值变小，补偿缸无杆腔压力值变小。

3.3.2 导向缸右腔压力油内漏

如果电磁阀YV7或YV4内漏，左侧导向缸行程值变小，右侧导向缸行程值变大，补偿缸活塞杆行程值变大。同时导向缸右腔压力值变小，补偿缸无杆腔压力值变小。

3.3.3 补偿缸无杆腔压力油内漏

如果电磁阀YV8或YV5内漏，导向缸行程值不变，补偿缸活塞杆行程值变小。同时补偿缸无杆腔压力值变小，导向缸左腔和右腔压力值变小。

根据以上分析发现，导向缸左腔压力油内漏导致的导向缸行程变化和实际情况一致，因此初步怀疑电磁阀YV10或YV6内漏。

4验证及处理

4.1 验证

为验证电磁阀YV10或YV6是否有内漏，进行如下试验：关闭下游横导向左、右侧导向缸进出油阀门后观察导向缸、补偿缸行程及压力变化。试验结果如表3所示。

从表3可以看出，经过接近16个小时，左、右侧导向缸行程无变化，补偿缸行程变大11mm。导向缸左腔压力由13.69MPa降低至0.04MPa（导向缸压力测点位于进出油阀门远离导向缸侧），导向缸右腔压力由14.57MPa增高至27.38MPa，补偿缸无杆腔压力减小0.39MPa。

在隔离导向缸和其连接管路后，导向缸左右侧腔内的油被完全存储在导向缸内，没有发生泄漏，因此左、右侧导向缸行程无变化。导向缸左腔其连接管路内压力油来源被隔绝，管路内压力油因量少而导致导向缸左腔压力降低至接近于0，验证了电磁阀YV10或YV6的内漏。

对于补偿缸而言，导向缸左腔和右腔压力共同作用，抵消补偿缸无杆腔压力，保持补偿缸活塞杆处于稳定状态。导向缸左腔压力降低至接近于0后，原导向缸左腔和右腔压力共同承受的压力转移至导向缸右腔单独承担，因此导向缸右腔压力增高至原压力大概2倍左右。进一步验证了电磁阀YV7或YV4无內漏。

4.2 处理

2020年3月15日，向家坝升船机停航维护期间，对下游横导向电磁阀YV10和YV6进行更换，更换电磁阀后再次对下游横导向导向缸、补偿缸行程及压力变化进行记录，记录结果如表4所示。

从表4可以看出，更换下游横导向电磁阀YV10和YV6后，导向缸行程细微变化，补偿缸行程无变化。导向缸左腔、右腔及补偿缸无杆腔压力均无较大变化。

该结果证明电磁阀YV10和YV6确实存在内漏。

5 结论

横导向系统的作用是对船厢进行横向引导并将船厢横向载荷传递至塔柱，对于升船机安全稳定运行有重要意义。下游横导向仅导向缸偏离超-10mm故障的频发影响了横导向系统的正常运行，且该故障原因隐蔽性强，不易观察及发现。经过统计、理论分析、验证等过程，最终成功解决该难题，使得升船机横导向系统恢复正常，助力向家坝升船机更好地服务金沙江内河航运。

参考文献：

[1] 陈素艳，王丽.三峡水利枢纽工程升船机船厢横向导向系统的设计[J].起重运输机械，2013（1）：28-30.