CN1211539C - 升船机承船厢的均衡与调平系统 - Google Patents
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Abstract
一种升船机承船厢的均衡与调平系统，其主要是在数模变换(D/A)3与油缸7之间连接一比例放大器4和电液比例方向阀6，每根钢丝绳5与承船厢8之间各串接一只油缸，每部电液比例方向阀通过主管道与一组油缸相通。本系统使整个升船机的均衡与调平更加稳定、可靠、调试方便，响应时间和调平速度、动态稳定性均达到或超过了设计要求，能耗低，可满足各种工况要求，以代替人们长期认为必须采用的伺服阀。
Description
本发明涉及一种升船机承船厢的均衡与调平系统。
广西岩滩水电站的升船机是我国自行设计的第一台升船机，其采用了卷扬机垂直升降、部分平衡、承船厢下水型式。这种升船机是将上游的船只开进承船厢后由卷扬机控制下降，而使船只进入下游的江河中航行；或将下游的船只开进承船厢后由卷扬机控制提升至上游，而使船只进入上游的江河中航行。该升船机提升或下降速度快、运行平稳，大大缩短了船只过闸时间。但在承船厢的升降过程中，由于卷扬机卷筒的制造误差及钢丝绳直径的误差等多种复杂因素的影响，会使承船厢发生倾斜而偏离水平状态，从而使钢丝绳受力不均。又因卷扬机提升系统是采用刚性同步轴方案，故无法用机械等其它方法来消除受力不均和纠正承船厢的倾斜，这样钢丝绳受力均衡及船厢的静、动态调平任务只能靠液压均衡与调平系统来完成。在国外个别的升船机中，有使用伺服阀来完成这个任务的。但伺服阀是一种高精度，高技术条件下的方向和流量控制阀，其成本相当高，且不耐污染、维修不便。因其阀芯与阀套之间的配合间隙仅为千分之几毫米，配合精度极高，若液压油中稍含有极小的微尘，也会将阀芯卡死而影响正常工作，所以对液压油的过滤精度也具有非常高的要求，给日常使用和维护带来极大的不便。另外，伺服阀的系统功耗较大，温升也高，还需要对其进行冷却处理。长期以来，人们普遍认为只有用伺服阀才能完成上述技术任务。
本发明的目的就是为解决上述背景技术中所述的不足，而提出用现有的电液比例方向阀取代伺服阀而完成均衡与调平任务，且能给升船机承船厢的均衡与调平系统带来更加优越的控制性能。
为了实现上述目的，本发明提出了相应的技术解决方案：
这种升船机承船厢的均衡调平系统的主要特点是在数模变换D/A与油缸之间连接一电液比例方向阀和比例放大器，每根钢丝绳与承船厢之间各串接一只油缸。所说的一部电液比例方向阀通过主管道与一组油缸相通。每组油缸由12只油缸组成。每只油缸都通过钢丝绳与承船厢连接。
附图为本发明的系统原理图(图中只给出与一只油缸相应的结构配置关系，其余均与此相同，故省略)。
以下将结合附图及实施例对本发明的技术方案做一说明。
如附图所示，在本发明所述的均衡与调平系统中，数模变换(D/A)3与油缸7之间连接一比例放大器4和电液比例方向阀6。每根提升钢丝绳5与承船厢8之间各串接一只油缸7，48只油缸7分为4组，每组平均12只油缸7。油缸7的活塞杆与钢丝绳5连接，油缸7下端与承船厢8连接。每组油缸7又配备一套液压站11和一套电液比例方向阀6为核心，并由计算机进行检测、控制而组成一个承船厢8的均衡与调平闭环系统。所说的电液比例方向阀6选用美国威格士公司生产的带阀芯位移反馈传感器的比例方向节流阀，即在阀芯内装有位移传感器(LVDT)，用来检测阀芯的位移值，反馈至比例放大器4输入端，构成阀芯闭环回路，使阀芯的位置不断得到校正，使阀芯的位置与输入信号严格成比例。
当某种原因使承船厢8发生倾斜时，水平检测传感器10给出了一个水平偏差信号，油缸位移传感器9给出位置信号(负反馈)，在可编程序控制器2(PLC)控制下进行采样、模数变换(A/D)1，并进行比较、解算、放大，再经数模(D/A)变换3后送入比例放大器4，又经放大变换后送入电液比例方向阀6两端的电磁铁，而控制阀芯移动打开油口，使油源的高压油流过电液比例方向阀6进入油缸7。油缸7在高压油的作用下发生位移，带动承船厢8上下运动，从而纠正承船厢8的水平偏差。电液比例方向阀6向哪个方向运动是根据计算机采样的偏差信号极性判别以后控制其运动方向的，就这样不断地采样，不断地纠正承船厢的水平偏差，直至偏差小于设定值为止。
本发明的技术要点仅在于用现有的电液比例方向阀代替了传统的伺服阀，并且由一个比例阀控制12个油缸，取得了很好的技术效果，克服了人们认为在升船机的均衡与调平系统中不能使用电液比例方向阀的技术偏见，在广西岩滩水电站的升船机均衡与调平系统中一次试车成功，与采用伺服阀相比，具有如下优点：
1、整个均衡与调平系统更加稳定、可靠、调试方便。设计要求调平指标为承船厢四角的最大高度差小于20mm，而实际调平效果已达到3mm，响应时间和调平速度、动态稳定性均达到或超过了设计要求，使人们置身于承船厢中没有丝毫正在调平的感觉。
2、电-机械转换器的输入功率较大，通常要比伺服阀大一个数量级，因此其抗污染能力很强。这也是提高其运行可靠性的技术措施之一。
3、在设计电液比例方向阀时，选用的额定工作压差比电液伺服阀低一个数量级。按国际标准，伺服阀的额定流量是指阀压降在7Mpa时的流量，而比例阀的压差在1Mpa以下，一般系指0.5Mpa～0.7Mpa时的流量，工作压力PL在比例阀控制系统中一般取比油源压力PS小1Mpa，这1Mpa是经过比例阀的压力损失。在伺服阀中一般按最大功率点考虑，即PL＝2/3PS，这就是说经过伺服阀的压力损失为1/3PS，伺服阀才能传递最大功率。因此伺服阀功耗较大，采用电液比例方向阀的系统能耗和温升远比采用伺服阀的系统为低。
4、滑阀的配合间隙比伺服阀大，与开关阀相当，因此对液压油的过滤精度要求比伺服阀低。
5、可以根据液压系统的控制要求，像开关阀那样采用不同的滑阀中位机能。
6、中位死区较大，这是为了降低阀的制造成本而做出的抉择，但同时也带来了一个优点，即比例阀所采用的正遮盖阀芯，在无电信号工况时，即使在开环回路中也可以保证受控负载可靠地锁定，这一点对升船机来讲是至关重要的。
至于中位死区，可以通过预加初始电流或阶跃函数发生器的输出信号经放大后，给比例电磁铁一个阶跃电流，使其阀芯快速超过零位死区。
7、比例放大器中均有斜坡信号发生器，以一个设定值的阶跃作为输入信号，使斜坡信号发生器产生一个缓慢上升或下降的输出信号，输出信号的变化速率可通过电位器调节，以实现被控系统工作压力、速度、加速度等的无冲击过渡，满足系统控制的缓冲要求，对位置系统来说可以准确定位。
对于上升和下降速率要求不同的场合，可以各自独立调节，以满足各种工况的要求。
8、由于采用阀芯位移反馈传感器，可用PID调节器或状态反馈对阀芯进行校正，使阀的稳态特性和动态特性都得到提高，滞环、重复精度以及线性度等稳态精度与伺服阀几乎相当。动态精度比伺服阀略低一些，但高性能比例阀动态精度目前也接近伺服阀，国外几家公司的比例方向阀其-3dB时的幅频宽已达到100Hz～130Hz。
9、比例阀可以实现功率适应控制，泵的输出压力仅比负载压力高一个微小压差，根据负载大小自动升降，其输出流量基本与负载所需流量相当，流量大小仅与阀开口量有关而与负载压力无关，具有良好的速度特性，因此系统效率很高，能耗和温升降至最低，属于节能系统，可节能40％～70％，一般不需设置冷却器。
10、维护与一般液压件相同，简便易行。
Claims (4)
1、一种升船机承船厢的均衡与调平系统，其特征是在数模变换D/A(3)与油缸(7)之间连接一电液比例方向阀(6)和比例放大器(4)，每根钢丝绳(5)与承船厢(8)之间各串接一只油缸(7)。
2、如权利要求1所述的均衡与调平系统，其特征是所说的一部电液比例方向阀(6)通过主管道与一组油缸(7)相通。
3、如权利要求1或2所述的均衡与调平系统，其特征是每组油缸(7)由12只油缸组成。
4、如权利要求3所述的均衡与调平系统，其特征是每只油缸(7)都通过钢丝绳与承船厢(8)连接。
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