大型升船机安全保障装置电液控制技术分析

张盛

摘要：升船机可以处理不同水系工程通航问题，以钢丝绳卷扬式为主。升船机为大型运载设备，运行可靠性与安全性直接影响升船机运行效益。在本文研究中，分析了大型升船机安全保障装置问题，重点讨论电液控制技术，仅供参考。

关键词：大型升船机;安全保障装置;电液控制技术

水电属于清洁能源，开发技术成熟度高，不但能够对可再生资源大规模开发，还能提升水电站经济效益，对区域经济发展有促进作用。但是，由于水电站上下游水位落差大，所以对船舶安全通航影响较大。升船机的应用优势比较多，不会过度消耗水资源，过坝速度快，技术限制影响低，值得推广应用。

1、大型升船机安全性分析

1.1主提升系统安全保障措施

升船机主提升系统，设置在塔柱顶部主机房内，主提升设备包含多个系统机构，主电机额定提升力为1760kN。钢丝绳利用压板固定缠绕在卷筒上，一端利用调节螺杆螺母，连接均衡液压缸、承船厢;另一端连接转矩平衡重。重力绳一端使用锥套连接吊耳板，另一端连接重力平衡。转矩平衡重钢丝绳、提升钢丝绳，共同应用重力平衡重卷筒、安全制动器、安全平衡重卷筒及工作制动器。主提升系统的安全措施，涉及到卷扬提升机构、同步轴装置及制动器。

1.2承船厢设备安全保障措施

升船機中承船厢属于重要载体。承船厢上设置卧倒式工作闸门、防撞梁装置、对接密封框装置、调平装置、锁定装置。承船厢运行到对接位，主提升机电机停机。在承船厢两侧，纵梁各点安装水深传感器，对承船厢水深进行检测。运行期间，当承船厢水位下降速度快时，则必须做好安全制动，同时投入锁定装置，确保承船厢停运安全。为了避免卧倒门动作，需要安装双重位置检测器，检测承船厢卧倒门开度，判断承船厢卧倒门启闭情况。在承船厢纵梁梁端，确保安装水平度，当水平度较差时，则投入安全制动，确保承船厢运行安全性。

第一，差速安全锁定装置：承船厢中，差速安全锁定装置属于升船机重要安全保障装置。承船厢、主提升设备间设置联锁机构，通过机架上端连接钢丝绳。装置关键自锁部件，为承船厢三齿锁定块，当承船厢发生失水事故时，上行速度超过主提升设备运行速度，利用升船机自动控制系统，能够准确投入差速安全锁定装置，避免破坏承船厢平衡条件。

第二，新型对接锁定装置：液压夹紧装置退出时，承船厢悬吊系统出现载荷冲击，需要做好对应处理。首先，夹紧装置退出前，利用承船厢可逆水泵系统，可以准确调节厢内水位，确保厢内水位与对接前水位一致，延长升船机运行时间;其次，在现有液压夹紧装置上，增设竖直液压缸，提前进行泄压操作，将承船厢附加负载，转移至钢丝绳上，在夹紧水平液压缸退出前，不会导致承船厢晃动和冲击。

1.3主监控系统安全保障措施

通过升船机主监控系统，帮助操作人员实时监测设备运行状态，掌握现场实际情况，确保升船机运行安全性。升船机计算机监控系统主要借助分布式网络、现地子站级、主控级，实现全方位监控。升船机监控系统基于软件容错、硬件冗余原则，优化配置系统装置，加强故障检测与诊断功能。升船机运行控制效果显著，能够提升升船机、监控系统运行效益。

在应用升船机监控系统时，应当针对系统工程子系统，设置科学检测技术，确保升船机运行安全性。在升船机上，设置工业电视系统;在集控室中，设置矩阵控制器、硬盘录像机、监视器装置。在现场监视点，优化配置摄像头，实时监控升船机设备运行状态、运行过程。为了确保升船机运行监测效果，主控室配置工业电视监视系统，将现场运行信息、状态信息，传输至上位机集中控制室，并通过监视器、大屏幕显示。

2、升船机对接锁定装置控制系统

2.1有源比例泄压回路设计

高压系统保压中，液压缸、机架、系统管理积聚大量能量。在液压缸运行动作前，要通过平稳方式释放压力，当系统压力释放速度较快时，则会冲击机身与管路，出现异常振动现象，并且对液压元件结构破坏影响非常大，威胁人员安全。通过系统泄压回路，能够稳定释放高压系统能量，维护设备运行可靠性。泄压回路主要采用节流阀、阻尼孔泄压回、比例阀泄压回路。比例泄压回路，按照使用元件划分为插装节流阀泄压回路、插装溢流阀泄压回路。对于比例插装节流阀，关注先导级比例阀开度，科学分析装阀主阀芯开口大小，合理控制主阀芯开启度。比例阀信号大小与变化，会极大影响主阀芯开口大小、开启速度。针对比例插装溢流阀，通过现代级溢流阀压力，对主阀芯开启力大小进行调节。

2.2比例泄压回路实验研究

包含液压泵站、比例泄压阀组、压力容腔、数据采集卡、控制程序。泵站、比例泄压阀组对接液压缸密闭容腔。在试验操作中，应用压力跟踪控制策略、带有死区压力同步控制策略，在PLC上实现斜坡信号。泄压压力信号、指令信号间存在明显的滞后、跟踪误差，但是其他阶段误差比较小。初始环节，滞后、跟踪误差产生原因多是由于泄压系统等效为主导系统所致。在经典控制理论中，存在较多滞后误差，但是误差会持续减小，并且逐渐稳定。应用比例溢流阀、加大面积固定阻尼孔，能够改善不良问题，但是会加剧成本支出。按照现场试验结果可知，加大阻尼孔流通面积，会增加最小可调泄压力，致使溢流阀超量程，无法调节泄压压力。

通过实验结果可知，在泄压压力信号、指令信号间，泄压后半段的压力跟踪偏差较大。如果指令信号较小，则压力跟踪偏差比较大，二者具备反向关系。PI控制器比例增益、积分增益为固定值，不会随着现场工况改变，并且鲁棒性自适应性不足。通过测试结果可知，当指令比较大时，增益为线性特点;当指令信号较小时，增益呈现出非线性特点。所以，压力跟踪控制策略具备高效压力跟踪特点，鲁棒性比较弱。

3、结束语

综上所述，深入分析和研究升船机安全保障，围绕装置电液控制系统讨论，基于理论法、数值仿真法、实验法，详细研究和分析升船机相关问题，确保升船机运行安全性。

参考文献

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