新禾水力自控翻板闸门
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式中:Kk,Kb分别为闸门的自开和自闭系数;W1,W2为闸门自重和配重重量;W3为门顶水重;P1,P2分别为闸门上、下游水压力;P3为闸门底浮托力;Pt,Ps分别为闭门时的上托力和启门时的下吸力;Mfk,Mfb分别为开门时和闭门时转动铰及封水的摩阻力力矩;x1,x2,x3,y1,y2,z1,z2分别为各荷载对转动铰中心的力臂.
设计过程中,为了使计算更接近实际,笔者在考虑了上述因素之外,还考虑了底止水上的水重以及油缸的阻尼力.
闸门的开关门计算是一个比较复杂的过程,要通过反复的试算,不断改变闸板的结构型式及铰的尺寸,直到最后确定出最合理的闸板结构、铰的大小和符合要求的开、闭门系数.这几项要求是有机地联系在一起的,任何一项的改变,都会影响其他几项.翻板闸的开关门计算是一个繁琐而细致的工作,计算正确与否,对闸门在实际应用中的安全起着至关重要的作用.
根据上述理论,笔者研究设计出4种规格的双铰翻板闸(均为等跨双悬臂结构,所用材料均为钢筋混凝土),见表1.
在上述4种规格的翻板闸中,4m×4.5m和2.6m×4.5m翻板闸已通过山东省水利科学研究院水工模型试验,其余2种经过实际运行,表明各项性能均符合设计要求.
2减震问题及液压缸设计
各类翻板闸如没有减震装置,都不同程度地存在震动、拍打、撞击现象,要解决这些问题就需增设减震装置.对于减震装置,笔者起初考虑使用的是油压减震器,闸板在翻转过程中,由于减震器的阻尼作用,能有效地降低或消除震动、拍打及撞击现象,这一作用在山东省水利科学研究院所做的水工模型试验中得到验证.笔者在设计开发了液控同步双驱动水力自动翻板闸后,油压减震器被液压缸所代替,在正常运行时,液压缸就起减震器的作用,而且由于控制系统中液压阀的作用,油的流动更均匀,液压缸运动更平稳,从而使闸板的翻转也更平稳.
液压缸设计时,主要确定以下因素:①闸门静止挡水时,油缸初始长度(安装距)L1;②闸门全部翻倒时,油缸终止长度L2;L1,L2可由翻板闸原理图,按几何关系计算求得;③最大行程ΔL=L2-L1;④推力、拉力计算:根据闸门运行时可能出现的最不利情况,确定推力、拉力的大小;⑤油缸推力、拉力确定后,可由式(5)和式(6)确定油缸内径D及活塞直径d.
式中:F为活塞上的有效压力,N;P为液压缸的工作压力,Pa.
上述计算完成后,结合油缸外形安装及连接尺寸即可选出合适的油缸.
3控制台——油泵站的设计
油泵站设计的关键是液压阀的选择.根据翻板闸的工作特点,在液压回路设计中设置了两台“Y”形和“O”形电磁换向阀,在电磁换向阀均失电情况下,翻板闸处于自由翻动状态,当两位阀通电时,又可通过三位阀两个电磁铁的通断电,实现翻板闸的开启、关闭或锁定.电磁换向阀型号的选择,由回油路最大流量和系统工作压力确定.而回油路最大流量取决于闸门的设计开、闭门速度.因此,当开、关门速度设计确定后,根据油缸的行程以及内径D即可计算出最大流量,结合系统工作压力即可确定电磁阀的型号.
为使闸门运行同步,确保运行安全,在系统回路中,必须加设同步装置.同步阀的选择方法与电磁阀的选择相似.
上述液压阀是油泵站中的关键部件,闸的运行方式取决于阀的功能.因此,当液压阀确定后,油泵站设计的主要任务也就完成了.
4液压系统设计应注意的问题
翻板闸液压系统的工作环境在野外,其工作环境的相对湿度、风沙、粉尘污染较大,且夏季环境温度较高,因此在系统设计时应采取以下措施.
a. 液压系统的主油泵应选用齿轮泵,该种泵成本低,抗污染力强,对液压系统的清洁度要求低,所以该泵最适合于翻板闸液压系统.
b. 电磁阀应选择电磁线圈全塑封式结构的电磁阀,以便适宜在各种潮湿的工作环境下工作,从而延长其使用寿命.
5结语
液控同步双驱动水力自动翻板闸在山东省费县已投入应用,并在其他县、市也得到广泛的推广,使用效果良好,运行中无振动、拍打、撞击现象,开门时间为3min,关门时间为1.5min,自动启闭,控制启闭灵活,实际运行效果与设计结果相符,达到设计要求.该种翻板闸的应用,极大地提高了工程的自身安全性,便于管理,使用寿命长,投资省,较同等规模的提升闸节约投资30%,较橡胶坝节约投资20%.因此,该产品的应用具有较高的经济效益和社会效益,推广应用前景广阔
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