新疆恰海水库双向门机夹轨器原理分析及改造

(新疆伊犁河流域开发建设管理局， 新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆恰海水库双向门机夹轨器原理分析及改造

马运彬

(新疆伊犁河流域开发建设管理局， 新疆 乌鲁木齐 830000)

本文全面介绍了恰海水库双向门机弹簧式液压夹轨器液压系统和电气控制系统。并详细说明了设备在长期运行过程中，运行管理人员对液压系统暴露出的缺陷进行的技术改造。

双向门机；夹轨器；原理

1 概 述

恰海水库是新疆伊犁河流域开发建设管理局管理下的一座Ⅰ等大(1)型水库，也是全疆库容最大的一座水库。水库联合进水口塔顶平台1003.00m高程上配备一台大型2×1250/100kN双向门机。主要作用是利用其主起升，启闭水下深95m、重115t的深孔事故闸门。门机上游右侧设有一台容量为100kN的回转吊，主要用于清除库中较大的树木。2012年以前使用的是QKD-A3自锁式夹轨器，2011年因操作失误险些造成重大事故后，于2012年进行了升级改造，门机上下游各安装了一台自动弹簧式液压夹轨器，此夹轨器能自动将门机锁定在轨道上，保证不受意外推力而滑动。夹轨器在主机运行机构开始运行前通过电气按钮进行松开控制，运行结束后通过电气按钮进行夹紧控制。夹紧和松开的状态，电气线路能自动反馈给PLC，提高了双向门机的稳定性及安全性。

2 夹轨器的液压系统原理

2.1 夹轨器的松开与夹紧工况回路

a. 松开工况回路。夹轨器夹钳松开工作方式是双向门机主机运行机构运行前，液压变量泵通电运行，电磁换向阀8得电，电磁阀切换，液压油进入液压缸有杆腔，推动活塞，压缩弹簧，夹轨器夹轨钳松开。压力油的油路为：变量油泵2→单向阀6→单向节流阀9→液压缸有杆腔10(见图1)。

图1 液压系统原理

b. 夹紧工况回路。夹轨器夹钳的夹紧过程中，油泵电机2断电，电磁换向阀8失电，液压油从液压缸有杆腔流回油箱。动力为压缩弹簧释放时提供的6000kN左右不断变化的弹力，通过横梁、连杆、夹钳及钳口铁来实施对钢轨的夹紧。压力油的油路为：液压缸10有杆腔→单向节流阀9→电磁换向阀8→油箱1。

2.2 液压系统的锁紧回路

液压系统的锁紧回路是双向门机主机运行机构在运行时，保持夹轨器始终处于完全松开工况的回路。当夹钳完全松开后，油泵电机停止工作，电磁换向阀8得电，电磁阀切换。因单向阀6和电磁换向阀8的保压作用液压杆活塞向右锁紧，即夹轨器始终处于完全松开工况，这里变量油泵出口处的单向阀6，不仅是锁紧回路关键元器件，在油泵停止运转时还有防止空气渗入液压系统的作用，并可防止执行元件10和液压管路等处的冲击油压力影响变量油泵(见图1)。

2.3 液压系统的缺陷和升级改造方法

此液压夹轨器由伊河建管局为中国水电顾问集团成都勘测设计研究院专门定制设计，由郑州科德自动化有限公司安装调试。自2012年运行至今，有3次油缸活塞损坏，2次油缸活塞和前盖出现较大间隙，造成了严重的压力油内泄和外泄。主要原因为夹轨器夹钳夹紧轨道的动力装置为压缩的大型弹簧(见图2)， 弹簧释放弹力时冲击力很强，导致液压缸有杆腔的液压杆负载大且力矩变化快。针对这一缺陷我们对液压系统进行了分析和改进，液压系统中液压元器件9为单向节流阀，单向节流阀由内部的单向阀与节流阀来共同控制系统内部液体的流向。当液体正向流动时进行节流；当反方向流动时，单向阀打开，不进行节流。其内部调控的精度不高。流量负载变化存在很大不稳定性。其特点是：ⓐ结构简单，便于制造和维修，价格便宜，成本低；ⓑ调节精度不高，且不能自动调节流量和压力；ⓒ密封面易冲蚀，密封性能较差。正是单向节流阀的这些特点导致了夹轨器故障频出，麻烦不断。因此，我们将液压系统中液压元器件9更换为调速阀。调速阀是进行了压力补偿的节流阀。它由定差减压阀和节流阀串联而成。节流阀前后的压力分别引到减压阀阀芯左右两端，当负载压力增大时，作用在减压阀阀芯左端的液压力增大，阀芯右移，减压口加大，压降减小，从而使节流阀的压差(图3的p3-p4)保持不变，当负载压力减小时，同理节流阀的前后压差亦然保持不变。这样，单向节流阀9改造为调速阀后液压缸有杆腔的回油流量恒定不变，总是设定流量(不受压缩弹簧负载变化的影响)(见图3)。

图2 机械结构

图3 升级改造后的原理

3 液压夹轨器的电气系统原理

3.1 主电路

主电路中三相总电源由带脱扣的低压断路器QF1引入，FR1、FR2分别为上下游侧电机过载保护热继电器，其可以防止泵站电机反复启动、停止时的电流冲击，防止夹轨器松开时力矩过大造成电动机过载。KM1、KM2为负载电机运行接触器，其用以控制电机M1、M2的单向旋转(见图4)。

3.2 夹轨器的松开与夹紧控制电路

当双向门机主机运行机构开始运行时，夹轨器必须提前松开。首先给控制电路接入220V电源，控制电源由低压断路器QF2引入，引入后电源指示灯HL5亮起指示。按下按钮开关SB2，继电器KA2首先通电吸合，KA2的两个常开辅助触头瞬间闭合，常开辅助触头KA2(1-2)闭合进行电路的自锁。由于自锁回路的形成和辅助触头KA2(3-4)的闭合，上游电磁阀KV1、下游电磁阀KV2线圈通电吸合，电磁阀动作信号灯HL4亮起；交流接触器KM1、KM2线圈通电吸合，电机运行信号灯HL2、HL3亮起，电机M1、M2在全电压下直接启动。两台电机正向运行,推动夹轨器液压机构液压杆，压缩弹簧，夹轨器夹钳放松。行程开关SQ2、SQ1实现夹轨器放松到位，切断电机M1、M2的电源。夹轨器夹钳完全放松时，会触发上下游液压夹轨器的行程开关SQ1和SQ2，行程开关的常闭触头SQ1(11-12)、SQ2(5-6)断开，切断主电路；常开触点SQ1(9-10)、SQ2(7-8)闭合，使时间继电器KT1通电吸合，延时10s后，大车控制回路的常开触头KT1(13-14)闭合，接通双向门机主机运行机构的连锁回路，同时向PLC发出可以运行的开关量信号，电气系统中夹轨器放松信号灯HL1亮起。

当双向门机主机运行机构停止使用时，按下按钮SB1，继电器KA2线圈失电，其两个常开触点复位。上游电磁阀KV1、下游电磁阀KV2线圈失电，电磁换向阀复位。压缩弹簧释放到位后，行程开关各触点复位。夹轨器夹紧轨道，联锁继电器KT1线圈失电，断开双向门机主机运行机构的连锁回路，同时向PLC发出禁止运行的开关量信号，电气系统中所有信号灯熄灭。

3.3 联锁与保护电路

熔断器FU1为整个控制电路实现电流的短路保护。热继电器FR1、FR2为电动机M1、M2的过载保护。中间继电器KA2为整个控制回路的零压欠压保护。夹轨器放松到位时，行程开关SQ2、SQ1实现双向门机主机运行机构运行的联锁。KT1时间继电器实现双向门机主机运行机构运行PLC程序和电气线路的联锁，即此电路具有电气和程序上的双重联锁(PLC程序联锁的实现，本文不作介绍)

3.4 电路特点

电气线路简单、可靠，具有完善的保护和联锁；具有必要的信号指示电路，预防操作人员误操作；夹轨器的夹紧放松控制有严格的程序要求，以确保先松开，门机再移动，再夹紧。

这些由此电路控制，液压、机械配合来实现。

图4 电气系统原理

4 结 语

恰海水库双向门机上的弹簧式液压夹轨器在6年使用过程中，运行管理人员不断对其进行分析和技术改进，目前，此设备控制方便，运行稳定可靠，完全满足双向门机抗滑要求，适应恰海水库的使用环境，是理想的安全装置。

PrincipleAnalysisandTransformationofBidirectionalDoorRailClampDeviceinXinjiangQiahaiReservoir

MA Yunbin

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentandConstructionAuthority,Urumqi830000,China)

In the paper, spring hydraulic rail clamp hydraulic system and electrical control system of bidirectional door device in Qiahai Reservoir are introduced comprehensively. The technical transformation of operation management personnel on defects exposed in the hydraulic system during long-term operation of the equipment are explained in details.

bidirectional door device; rail clamp; principle

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.08.011

TV48

：A

：1673-8241(2017)08-0042-04