小中甸水利枢纽工程液压启闭机系统设计及仿真硕士学位论文.doc

云南迪庆州小中甸水利枢纽工程液压启闭机系统设计及仿真摘要专业硕士相关论文课题必须紧密结合实践，本课题项目来源于邵阳维克液压股份有限公司的项目：云南省迪庆州小中甸水利枢纽工程液压启闭机系统。本论文首先研究分析启闭机的国内外发展现状及现存主要问题，按照小中甸水利枢纽工程液压启闭机所处的地理位置及液压启闭机运行的功能特点，现场工程应用的要求及液压启闭机系统设计原理，计算设计出了液压系统所需的参数，选取了合适的元件，画出了液压系统的原理图：该系统的同步回路采用的方案是调速阀实现同步控制的基础上，辅以旁路集中控制放油式开环型纠偏来实现同步。本课题根据设计出来的小中甸水利枢纽工程液压启闭机系统，进行了AMEsim的建模仿真，通过仿真双缸的位移、流量及速度曲线，比较每一项的偏差。分析其同步性能。接着提出一种优化方案：将辅以旁路集中控制放油式开环型纠偏改成调速阀实现同步控制的基础上，并联一电液比例阀实现同步控制。并再次建模及通过仿真，比较二次仿真的位移、流量及速度等曲线，得到了优化方案确实达到了改善同步性性能效果的结论。最后，在AMEsim中仿真其启闭过程中的上述曲线，查看仿真结果，分析整个启闭循环工作过程中的同步性。关键字：液压启闭机；系统设计及优化；Amesim建模；同步性仿真AbstractEngineeringMasterthesismust be closelycombined with practice. this projectfrom the Shaoyang Victor hydrauliccompany project：The hydraulic hoist system in Xiaozhongdian in Diqinzhou in Yunnan province.this thesis firstly analysis the development situation of the hoist both at home and abroad and main problems of the hoist in application. According to the hydraulic hoistof geographic positionand the opening and closing operation features of the machine .the requirement of engineering application and design principle of hydraulic hoist system.this thesis task is the calculation parameters needed for the hydraulic hoist system are designed and selected the suitable components :the systems synchronization is based on the speed regulation valve ,with the help of bypass loop centralized control oil drain type.This topic does a modeling and simulation of AMEsim based on the design of xiao zhongdian water conservancy engineering hydraulic hoist system. Through the simulation of the double cylinder displacement ,the flow and the speed curve,Analysis the synchronization performance.According to theschedule deviationanalysis of simulation results.Put forward a kind ofoptimization scheme , modeling and simulation again.Comparing these curves of displacement,flow and speed. Verify whetherdoes have to improve thesynchronizationperformance.In the end of the the thesis,By simulate and get curves of these curves.to analysis the synchronizationofthe entire hoistduring cyclic operation. Key words:Hydraulic hoist, System design and optimize , Modeling in AMEsim ,Synchronicity simulation第一章 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 研究内容3 1.2.1 研究方法3 1.2.2 实施方案31.3 本章小结5第二章:启闭机的历史及其研究62.1 卷扬式启闭机62.2 液压式启闭机82.3 国内外发展现状112.3.1 国内发展现状112.3.2 国外发展现状132.4 液压启闭机的现存问题142.5 本章小结17第三章：云南迪庆州中小甸水利枢纽工程启闭机系统的设计183.1 液压启闭机系统设计方案简述183.1.1 设计引用标准183.1.2 液压启闭机的组成和结构要求183.1.3 结构与功能设计概述203.2 液压启闭机液压系统设计说明203.2.1 云南迪庆州中小甸液压启闭机设计计算203.2.2 液压系统主要技术参数233.2.3 液压系统设计选型243.2.4 系统的回路设计253.2.5 小中甸液压启闭机系统原理分析293.3 本章小结32第四章：液压系统建模方法及Amesim应用334.1 Amesim介绍334.1.1 功能介绍334.1.2 AMESIM的使用方法介绍354.2 本章小结40第五章: 基于Amesim的启闭机系统同步性仿真415.1 启闭机AMEsim仿真图的建立415.2 仿真图的分析425.3 同步回路的优化设计455.4 同步回路优化设计仿真图分析485.5 本章小结53第六章：总结和展望546.1 结论546.2 展望546.3 本章小结55参考文献56致谢5960第一章 绪论1.1 选题的目的和意义 专业硕士的论文主旨必须紧密结合具体工程应用需要，论文的完成过程必须解决工程生产中的实际问题，故选择云南省迪庆州小中甸水利枢纽这一实际工程的液压系统设计作为论文课题。 液压启闭机是水利水电工程闸门启闭的专用起重机械,是广泛用于水利水电行业的一种必不可少的设备。液压启闭机启闭性能的优劣直接关系到闸门能否良好运行,对于工程的安全运行起着关键性的作用,并因其所具有的传动过程中的平稳性、结构设计具有紧凑性、运行过程中具有强大的承载能力等优点，得到了广泛的应用，有取代目前的水利水电工程设计中，低，中扬程固定卷扬式启闭机有被液压启闭机取代的趋势。随着高坝的兴建和大容量水力机组的研制，水力枢纽对于闸门、启闭机从设计、制造、安装甚至于材料、工艺等等的要求愈来愈高。首先要求运行安全可靠，其次是操作灵活、不漏水。液压启闭机适用范围广，结构简单，布置紧凑，体积小，可对闸门施行下压力、闸门重量轻，承载力大。且易于实现启闭过程中的过载保护，工作安全可靠；可以实现很大范围内无级调速，且调速方便；运行平稳，换向方便，缓冲性能好；液压传动与电气控制相结合，便于实现集中控制和自动控制；液压元件自润滑性好，经久耐用。 小中甸水利枢纽工程位于云南省迪庆藏族自治州香格里拉县小中甸镇硕多岗河上，距香格里拉县城约32km，是综合治理开发硕多岗河流域的关键性的水利工程，是硕多岗河流域“一库七级”开发的龙头级水库，流域内目前已建立起冲江河（一期）、冲江河（二期）、吉沙和螺丝湾四个电站，吊江岩水电站也正在紧张筹备建设中。 本工程开发任务是以发电、生态环境保护为主，结合防洪和灌溉等综合利用。工程总体分为两大部分：枢纽工程和灌区工程。 枢纽工程主要组成为：主坝、副坝（均为常规混凝土重力坝）、左岸导流洞、左岸引水式发电厂房（地面）等几部分组成。水库正常蓄水位3235.00m，水库总库容1.55亿m3；主坝最大坝高52.7m，坝顶长度142.0m；副坝最大坝高26.20m，坝顶长度90.0m；左岸导流洞长293.0m，城门洞型3.54m（宽高）；引水发电系统布置在左岸，主要由岸塔式进水口、引水隧洞及压力管道等组成，隧洞长299.0m，内径4.0m。左岸地面厂房主要由主厂房、副厂房、安装场、尾水渠、下游防洪墙、GIS配电装置等组成，厂房装机2台混流式机组，单机容量为0.9MW，总装机1.8MW。 工程区海拔高程约3200m，多年平均气温5.4，最低气温-27.4，最高气温25.6，多年平均相对湿度71%，多年平均风速2.3m/s，最大风速14.7m/s。工程区地震基本烈度为度。 工程区G214国道从坝址左岸附近通过，坝址距香格里拉县城约32km，南距丽江市175km，距大理市287km，东距安宁市、昆明市分别为626km和659km。大理市至昆明有高速公路以及铁路连通。 根据小中甸水利枢纽工程液压启闭机所处的地理位置及液压启闭机运行的功能特点。该套启闭机系统设计制订的设计制造原则是：“安全可靠，经久耐用、技术先进、操作简单”。启闭过程油缸活塞速度最大达到相应启闭机的速度要求，启闭速度要求设计可调。 近年来，随着系统的性能要求越来越高，系统也越来越复杂，影响因素也越来越多，用人工分析或建立物理模型更加困难，利用计算机进行液压系统的模拟实验可以大大节省人力，把人们从大量繁琐的重复性计算中解脱出来，用更多的时间去选择、分析、优化设计方案。提高设计质量，降低工程造价，缩短研究周期。对本课题来讲，仿真的过程验证与实验试机的相符程度。进行系统的优化。达到对该启闭机制订的设计制造的“安全可靠，经久耐用、技术先进、操作简单”原则。 本课题设计的是双缸液压系统，如果双缸同步超差，导致闸门被卡死，如果是洪期，不能及时泄洪，导致大坝水位紧急上升的话，将导致灾难性的后果44。从而，从安全性出发，同步要求成为闸门启闭系统的首要性能。本课题仿真双缸的位移及速度曲线，根据仿真结果分析其行程偏差，评估其同步性。1.2 研究内容 1.2.1 研究方法本课题拟在综合分析国内外有关文献资料的基础上，根据液压系统设计的基本原则及启闭机设计的原理，结合小中甸水利枢纽液压启闭机的具体的现场要求设计出启闭机的液压系统原理图，学会AMESim仿真软件平台的使用，画出系统的仿真原理图。并用进行系统的仿真。根据仿真结果，分析仿真结果，提出优化方案，比较优化后系统的仿真结果与原仿真结果。 1.2.2 实施方案为了本课题的顺利完成，首先做好了以下准备工作：2013年3月就开始在邵阳维克技术部液压进行实习，在技术部近一年的实习中，前期一段时间在车间，跟随车间工人进行液压系统的安装调试，通过这个过程熟悉基本的液压系统的运作方式，后期一段时间并参与他们技术部门的液压系统的设计，学习了解液压系统设计的基本原则及方法；参阅有关文献，了解启闭机的基本工作原理及设计有关标准，学习AMESim仿真平台的使用，学会AMESim中液压系统的仿真。本课题的主要研究内容包括以下方面： （1）首先从了理论上详细研究液压启闭机的发展历史，国内外应用情况，启闭机的存在的主要问题及解决措施。提出本课题研究解决的中心问题：双吊点启闭机的同步性问题。 （2）根据本课题云南迪庆州中小甸启闭机的现场条件计算出所需电机、泵、油箱容积、管道、液压缸缸径参数及系统各个满足要求的子回路，设计出系统原理图。 （3）建立起系统的AMEsim仿真图，设置泵，管道，阀，仿真信号等参数，通过仿真两支液压缸的流量，流速，位移等基本参数，分析其同步性。 （4）分析启闭机的同步回路，提出同步回路优化的系统方案。重新画出系统的原理图。 （5）根据前面优化的系统原理图，进行系统的优化方案的仿真，比较其结果，做出是否取得优化效果的结论。仿真方案：将系统的仿真模型在AMESim建立起来后，设定液压泵为允许流量最大流量值，溢流阀压力根据需要设定为所需值。设定仿真时间及通信间隔。通过仿真，得到系统的位移曲线和速度曲线，分析系统的动态特性曲线及二个缸的位移，速速曲线，比较其曲线，分析其同步性。实施方案设计流程如图1-31所示。图1-31 课题实施方案流程图 1.3 本章小结 本章介绍了本次课题设计的背景及需要设计的启闭机的参数及设计要求，提出了本次课题主要的研究方法，最后，提出了本课题实施方案，并且画出了流程图。 第二章 启闭机的历史及其研究随着水利水电事业的蓬勃发展，针对于城市洪涝灾害的防治，蓄水灌溉工程的面积的扩增及更新换代，大小型水利发电站的建立及江河湖泊治理工程的日益增多，都需要用到各式各样的闸门，而闸门的关闭与开启，绝对不可能仅仅靠人力完成，都需要专门的机械设备，启闭机是这样一类器械：能够确保各类弧形闸门，快速平面闸门，船闸人字闸门等各类闸门按照需求开启和关闭的起重装备。闸门启闭机按不同特征可以进行下面的几大分类：人力型、电力型、液力型这种分类是按操作动力分的。按动力传送方式可分为机械传动（即卷扬式传动）和液压传动。机械传动又包括皮带传动、齿轮传动、链条传动和它们之间的组合形式即组合传动。液压传动这种分类中又包括水力液压传动和使用最广泛的使用油压作为控制介质的液压传动。按启闭机的安装状况可分为移动式和固定式。在中国水利行业，启闭机的主要是根据这种形式的分类方法命名启闭机。柔性、刚性和半刚性连接是指闸门与启闭机连接方式。由闸门的外形特征类别可将闸门分为平面闸门启闭机、弧形闸门启闭机和人字闸门操作机械等。通常也习惯以其综合上述特征命名闸门的操作机械及电气控制设备，如螺杆式启闭机、链式启闭机、卷扬式启闭机、液压启闭机、台车式启闭机、门式启闭机（起重机）等。 2.1 卷扬式启闭机用钢索滑轮组或滑轮作为起重设备连接闸门，通过齿轮传动系统使转杨筒绕、放钢索从而带动升降的机械，也叫做钢丝绳固定式卷扬机。表2-11 常见的卷扬式启闭机型号型号门型备注QPQ平板闸门这些型号都有固定式和移动式安装形式.并且都有单吊点和双吊点类型QPK高扬程QPG弧形门卷扬式启闭机工作原理其实相当于我们吊机的工作原理，该机械提供一牵引力使闸门上升实现开启过程。闸门的关闭主要靠闸门的自重实现下降实施闸门关闭过程。卷扬式启闭机结构简单易于制造，维护检修方便，广泛应用于各种类型闸门的启闭3。国内主要是卷扬式启闭机主要型号见下表2-11。卷扬式启闭机分为单吊点和双吊点二种，双吊点卷扬式启闭机是通过连接轴将二个单吊点的启闭机连接在一起进行同步运行，可做成一边驱动或二边驱动，卷扬式启闭机一般是一扇闸门用一台启闭设备，安装在高出闸门槽顶部的闸墩上。中国已生成并投入运行的卷扬式启闭机容量参数见表2-22。表2-11 国内目前代表性的卷扬式启闭机参数型号启门力/kN启闭行程/m160003024000120已达到启门力：6000KN，启闭行程：30m.启门力：4000KN,启闭行程：120m。目前小浪底工程的固定式卷扬启闭机是国内总容量和吨位最大的卷扬式启闭机。共设置有检修门、工作门、拦污栅、事故门四大门类。其中的事故门卷扬式启闭机的参数见表2-129.表2-12 小浪底工程卷扬式启闭机参数闸室高度/m启闭力/kN扬程/m设计形式276.5 125050单吊点卷扬式启闭机存在不可忽视的缺点，由于是纯机械的牵引，处于悬挂状态的闸门运动会受很多不可控因素的影响，比如闸门运动过程中会受到二边门槽的摩擦阻力，及由于水深产生的静压力（设深度为h,根据公式P=pgh及F=PS.静压力可达F=pghS.)还有不可忽略的动压下吸力等等因素。这些因素导致卷扬式启闭机容易在启闭过程中运动受到阻碍，导致闸门倾斜或是卡死的现象发生3。对于小型闸门来讲，可以增加配重来解决这种现象的发生，但大型闸门启闭时，靠增加配重的作用很微弱，几乎无效。如果闸门启闭时卡死亦或是出现不同步的情况，只能靠人工方法排除故障，处理险情的时间上的滞后性会有可能会导致灾难性的后果3。2.2 液压式启闭机后来伴随着液压技术的发展，人们为了克服上述卷扬式启闭机的上述缺点，发明了液压式启闭机：即用油缸的活塞杆的伸缩运动带动闸门的启闭，以油液运动产生的压力作动力推动活塞使闸门升降的一类启闭机。液体一般用矿物油，故常称油压启闭机。高压油通过管道由油泵输送。液压启闭机机体占用空间面积很少，结构紧凑简单，传动平稳，控制方便, 设计及制造精度高,广泛用于启闭各类形式的闸门。液压启闭机的主要部件有：活塞杆、液压缸、各种功能的阀件、油箱，电气控制系统，控制仪表，供排油管路系统及电动机组、油泵、马达等。单向作用液压启闭机与双向作用液压启闭机这二种分类形式是根据活塞杆受力状况划分的。使用单向作用的液压启闭机时一般闸门是自重闭门型，即闸门能依靠自重下降实现关闭；当闸门不能依靠自重顺利下降时，如需在额外的门体上部加压力才能关闭，则可以选用双向液压启闭机。双向液压启闭机各部件受力状况复杂、同时液压操作系统相对于单向作用液压启闭机来讲，也复杂很多，但它的优势比较明显：布置较紧凑，又可省去闸门下降所需的另加重量（如加重块），这种启闭机多见于潜孔高压闸门的操作。双吊点启闭的闸门可在每个吊点使用一台同型液压启闭机同步操作。即二台同型液压启闭机同步启动一扇闸门43。中国现已生产的液压启闭机启门力已达6000kN。原苏联在电站应用的液压启闭机上技术比较拔尖，它的启门力可达9000kN，下门力可达11100kN。图2-21 启闭机外形及其控制的平面闸门液压启闭机液压系统包括动力装置、控制调节装、辅导装置等。多套启闭机共用一个液压系统。动力装置一般为液压泵，它把机械能转化为液压能。液压泵一般采用容积式泵，如叶片泵和柱塞泵。叶片泵和柱塞泵有结构紧凑，运转平稳，噪声较小，使用寿命长等优点。柱塞泵虽然价格较高，但可以得到高压，大流量，目前随着我国水利水电工程中液压启闭机的设计及制造的发展。为适应生产技术的进步、科技水平的发展和标准化工作的要求，液压启闭机设计与制造也随之被规范化与标准化。下面是几种常用液压启闭机的系列标准42。 平面闸门液压启闭机: 启闭机型式为液压传动单向作用式，适用于垂直升降的普通平面闸门液压启闭机。环境条件： 1 2550为其此类液压启闭机最适合工作环境温度； 2 启闭机缸体下部活塞杆吊头等零部件允许长期浸泡在（甚至多泥沙河流的）水中。 表2-21 单吊点QPPY型液压启闭机基本参数型号最大行程/m活塞杆直径/mm持住力/启门力/kN持住计算压力/启门计算压力/Mpa液压缸内径/mm启门速度/m/min快速关门/min备注QPKY-63/63-666363/6319.4/19.4900.3-0.52共33种型号，其中QPKY-63/63-6为最小型号，QPKY-125000/8000-20为最大型号QPKY-125000/8000-202045012500-800026.2/16.89000.4-0.83-4表2-22 双吊点QPPY型液压启闭机基本参数型号最大行程/m活塞杆直径/mm启门力/kN启门计算压力/Mpa液压缸内径/mm启门速度/m/min备注QPPYII-2x63-66632x6313.31000.5-1.0共33种型号，其中QPPYII-2X63-6为最小型号，QPPYII-2X12500-20为最大型号QPPYII-2x12500-20204502x1250019.9610000.5-1.0 平面快速闸门液压启闭机：启闭机型式为液压传动单向作用式，适用于需要快速关闭的液压启闭机。 环境条件 1 液压启闭机工作环境温度为2550； 2 启闭机缸体下部活塞杆吊头等零部件允许长期浸泡在（甚至多泥沙河流的）水中。表2-23 平面快速闸门启闭机参数型号最大行程/m液压缸内径/mm活塞杆直径/mm持住力/启门力/kN持住计算压力/启门计算压力/Mpa启门速度/m/min快速关门/min备注QPKY-63/63-66906363/6319.4/19.40.3-0.52共33种型号，其中QPKY-63/63-6为最小型号，QPKY-125000/8000-20为最大型号QPKY-12500/8000-202090045012500-800026.2/16.80.4-0.83-4 露顶弧形闸门液压启闭机: 启闭机型式为液压传动单作用双吊点摆动式，适用于露顶式弧形闸门液压启闭机。 环境条件 1 液压启闭机工作环境温度为2550； 2 启闭机缸体下部活塞杆吊头等零部件允许长期浸泡在（甚至多泥沙河流的）水中。 表 2-24 露顶弧形液压启闭机参数型号最大行程/m液压缸内径/mm活塞杆直径/mm启门力/kN启门计算压力/Mpa启门速度/m/min最大吊点距离/m备注QHLY-2x100-3.03125802x10013.80.5-1.0B-0.4共24种型号，其中QHLY-2x100-3.0为最小型号，QHLY-2x5000-12.5为最大型号QHLY-2x5000-12.512.56503202x500019.890.5-1.0B-1.5 潜孔弧形闸门液压启闭机: 启闭机型式为液压传动双向作用摆动式，适用于潜孔式弧形闸门液压启闭机。 环境条件 ：1 该类型液压启闭机最适宜的工作环境温度为2550； 2 启闭机缸体下部活塞杆吊头等零部件允许长期浸泡在（甚至多泥沙河流的）水中 表 2-25 潜孔形液压启闭机参数型号最大行程/m启门力计算压力/Mpa启门力/kN闭门力/kN液压缸内径/mm活塞杆直径/mm启门速度/m/min备注QHQY-500/100-4.0417.255001002501600.3-2.0共25种型号，其中QHQY-500/100-4.0为最小型号，QHQY12500-4000-15.0为最大型号QHQY12500-4000-15.01520.911250040001100670 .人字形闸门液压启闭机: 启闭机型式为液压传动双向作用式，适用于人字形闸门液压启闭机。 环境条件 ：1 最理想的人字型闸门液压启闭机工作环境温度为2550； 2 启闭机缸体下部活塞杆吊头等零部件允许长期浸泡在（甚至多泥沙河流的）水中 表 2-25 潜孔形液压启闭机参数型号最大行程/m液压缸内径/mm活塞杆直径/mm启门力计算压力/MPa启门力/kN闭门力/kN启门速度/m/min 备注QRWY-2x100/2x50-221258013.82x1002x501-1.5共25种型号，其中QHQY-500/100-4.0为最小型号，QHQY12500-4000-15.0为最大型号QRWY-2x3200/2x1000-7.57.556030017.62x32002x10001-2.52.3 国内外发展现状 2.3.1 国内发展现状国内诞生第一台启闭机的标志是50年代末安装在在新安江水电站的液压启闭机。1972年，南京水科院开始对葛洲坝的2号船闸作了一系列液压启闭机实验，为液压启闭机的研发积累了丰富的经验。随着液压技术的发展，液压启闭机展现了无与伦比的优势，在水利水电工程中取得了更加广泛的应用。我国也顺应发展趋势，制定了一系列的标准，规范行业，引导市场，为液压启闭机的发展和应用奠定基础。目前国内系统设计方面比以前相比，有了很大进步：为了提高系统运行的安全及维护，都装有先进的控制系统及故障报警系统，如油液位及油温监视预警装置等，可以及时提出事故诊断。泵的选择大都选用伺服变量泵或比例变量泵来供油，液压缸的行程速度均是直接通过液压缸的在线测量装置，改变泵的排量，调节液压缸的运动速度和活塞杆的位移量，已达到对液压启闭机的闸门运行中的整个过程的有效控制。国内部分水利水电工程中启闭机的水平发展已基本赶上国际先进水平：如刘家峡的600/260吨液压启闭机，行程达到9米，油缸直径达750毫米，油压为17.7MPa。目前我国内处于应用阶段最具代表性的是三峡工程采用的液压启闭机，三峡工程水利枢纽是国内最大型工程，具有防洪、发电和航运等综合效益的水利工程，故该工程中选用的液压启闭机具有数量大、规格大、技术水平要求高、制造安装难度大等特点。他们的运行安全可靠性至关重要，直接影响三峡整体效益和目标的实现。如深孔弧形闸门由液压启闭机操作，共设23台液压启闭机，由六套液压泵站分别集中控制，该启闭机主要技术参数如表1-21所示45。表1-21 三峡深孔弧形闸门启闭机液压系统参数额定启门力/kN额定闭门力/kN工作行程/m最大工作行程/m启门速度/m/s闭门速度/m/s4000kN1000kN10.7011.2930,80.5 我国目前启闭机设计水准与制造水准都达到了很好的水平，50年代后期，新安江就已在启闭机上使用了液压传动的原理，经过了这么多年的发展，启闭机已广泛应用于液压启闭机操作弧型闸门、人字闸门、快速闸门或高水头深孔事故闸门，技术已经很成熟。例如长江三峡水利枢纽工程永久船闸和厂坝二期工程就使用了各种液压启闭机116台，代表了我国现在的最高水平4。表2-26是我国比较有代表性的启闭机应用实例3。表 2-26 国内具有代表性的液压启闭机序 号工程名称液压启闭机型号、规格闸门规格（孔口宽x高x水头）/m闸门型式1云南漫湾QHLY-2x2200-8.313x21-21表孔弧门2四川铜街子QHLY-2x1600-10.214x18.5-18表孔弧门3福建沙溪口QHLY-2x1300-8.517x14-14表孔弧门4湖南五强溪QHLY-2x4500-1219x23-23表孔弧门5湖南五强溪QPPY-4500/3000-149x13-39进口平面事故门6福建水口QPPY-4000/2000-14.59.2x11.5-42进口平面事故门7云南漫湾QPPY-4500/2000-107x9-49进口平面事故门8湖北隔河岩QPKY-5000/2500-10.57.5x10.5-57.5进口平面事故门9江西万安QRWY-2x6308.9x36.2人字门10浙江富春江QRWY-2x750-8.412.4x25人字门11福建水口QRWY-2x75012x19人字门12福建水口QPPY-2x8000-10.512x13闸首平面下沉门13天生桥一级QSHY-5000/2000-11.36.4x7.5-130放空洞弧门14甘肃刘家峡QPPY-6000-93x8-70泄水洞平面门 2.3.2 国外发展现状 从17世纪中帕斯卡提出静压传递原理，18世纪末英国制造出世界上第一台水压机算起，液压技术的已经有了几百年历史发展历程。随着国外水利工程的发展，液压启闭机也得到迅速的应用，如伊泰普导流门提升行程为23.91米，用行程为16.07和7.84的油缸串联而成，缸径为90毫米，启门力达800吨，该缸筒由钢板滚轧焊接而成，钢板屈服极限为360Nmm2.苏联英古力电站事故检修门的液压启闭机参数：额定启门力：900吨，额定闭门力：900吨。工作行程：5.32m。莫斯科水工钢结构设计院为罗贡电站（高水头，大孔口闸门）设计的液压启闭机中带有增压泵的短缸（3.6m)，容量为2000吨，扬程达到10-20m，它的显著特点是借夹持器和抓举器逐段分次提升4。表1-22 前苏联古力电站液压启闭机系统参数额定启门力/吨额定闭门力/吨工作行程/m最大工作行程/m9009005.326综合国外启闭机现状来讲，国外启闭机历史悠久，50、60年代就已渡过了开发初期的小流量高水头设计趋势转变为成熟期的低水头大流量的发展历程。从规模来看，由初期的小型转变为中期的大规模，随着小型水电站的发展，后期又以小规模为主。国外的启闭机发展，欧洲地区的启闭机结构复杂和型式多样，主要考虑对上游水位的控制、流量调节及环境保护，所以该地区设计比较普遍，主要是T型双扇门门顶方便泄水和排冰。美洲闸门在设计上考虑传动载重量和结构的承载能力和要求方面追求很高的安全系数，形式上力求典型化，简单化。该地区后期建造的闸门一弧型门或平板门为主。苏联地区设计的启闭机一般都是大规模，该地区的启闭机主要都采用表孔或深孔弧型门和平板门，原因是该地区的启闭机主要考虑耐严寒。表2-27是各国典型启闭机对比4。表 2-27 世界各国代表性的启闭机国别工程名称水头 /m门型孔口面积 /m2孔口尺寸/m压力/吨法国波拉格莱 斯1250球阀1.131.21410西徳霍恩贝克900球阀2.831.92550中国以礼河629球阀0.951.1596美国爱肯脱那247蝶阀2.181.67540瑞士莫瓦桑200平门5.41.8x31080美国鲍尔徳186针阀3.562.13660西班牙维拉利诺178蝶阀19.653490加拿大麦卡174平门82.28x3.51390苏联罗贡170平门8416.6x113180加拿大麦尼夸根154弧门12.482.4x5.21922奥地利考勤塔尔145平门1.51x1.5218巴基斯坦塔贝拉136弧门35.74.9x7.34850美国方塔纳130锥阀4.92.5637法国谢尔邦松126平门686.2x118560中国龙羊峡120弧门355x76400法国拉索特117平门284x73260葡萄牙卡勃里尔113.5空注7.13805法国鲍尔110蝶阀31.53780苏联努列克110弧门1303.5x93460中国刘家峡110平门5.3110x1314300美国大古力109环封阀302.6578埃及阿斯旺100平门46.76x1696002.4 液压启闭机的现存问题 液压启闭机作为启闭水利水电中的闸门一种重要设备，作为液压设备，必然存在液压设备的诸多故障，主要包括下面几大类24：液压执行器动作失常，这是液压系统中最容易表面观察到的现象，执行器失常是指执行器突然动作变慢或是突然加速，爬行，甚至不动作。故障诊断及排除方法见表2-30。表2-30 液压系统执行器动作失常原因、故障及处理方法产生原因故障现象处理方法执行器磨损动作不规则或过慢调整或更换电液伺服、比例阀不工作动作过慢或不规则调整、修复或更换反馈传感失灵动作过快更换粘度合适的液压油主机导轨缺乏润滑动作过慢润滑液压介质混有空气动作不规则排灌油液超负载工作动作过快平衡或布置其他约束液压系统压力失常，压力失常是指压力过高，或是压力过低，或是压力不规则，故障诊断及排除方法见表2-31。液压系统流量失常，包括这几方面：流量过大，无流量，流量不足，流量脉动过大，故障诊断及排除方法见表2-32。表2-31 液压系统压力失常原因、故障及处理方法产生原因故障现象处理方法存在溢流通路压力过低检查回路减压阀调值不当压力过低或过高重新调整到正确压力减压阀、减压泵、执行器损坏压力过低跟换或维修油液中混有空气压力不规则找出进气部位，排灌油液油液被污染压力不规则跟换滤芯，换油储能器失效或充气溢出压力不规则维修、充气 溢流阀、减压阀磨损压力不规则或过低维修或跟换 表2-32 液压系统流量失常原因、故障及处理方法产生原因故障现象处理方法电动机不工作无流量跟换或大修液压泵转向错误无流量检查电动机接线，改变相位溢流阀或卸荷阀压值过低无流量或流量不足调整溢流阀油液粘度不当流量不足检查油温或跟换油液液压缸内泄或外泄过大流量不足拆修或跟换流量值设定过大流量过大重新调整变量机构失灵流量过大拆修或跟换电动机转动波动过大流量脉动过大检查电压液压系统在运行的过程中，虽然能够满足现场应用的性能，但会出现噪声或是异常震动，故障诊断及排除方法见表2-33。表2-33 液压系统噪声或是异常震动产生原因及处理方法产生原因故障现象处理方法内部零件卡阻或损坏噪声或异常震动修复或跟换阻尼孔被堵死噪声或异常震动清洗阀芯移动不灵活噪声或异常震动更换弹簧，清洗去毛刺液压脉动噪声或异常震动泵出口设储能器或消声器管长及安装位置不合理噪声或异常震动管长及元件安装合理化油液污染噪声或异常震动净化或更换机械部分连接松动噪声或异常震动调整或紧固电磁铁失灵噪声或异常震动检修远程调压管过长产生呼啸声合理缩短管道长度液压系统油温过高也是很常见的一种液压故障，故障诊断及排除方法见表2-34。表2-34 液压系统油温过高产生原因及处理方法故障现象处理方法泵，阀等磨损或损坏过热油液粘度不当过热跟换油液过载过热查找轴承和密封的状态，调整机械约束，查负载油液污染过热清洗过滤器或是换油冷却器失灵过热检修或跟换汽蚀过热清洗空气过滤器，检查管路。维修或是更换补油泵设置的值错误过热重新设置当使用液压启闭机在大型闸门上时，都是设计成双吊点启闭机。双缸提升一扇闸门，由于吊点间距过大，这种情形下极容易出现运动不同步的情形。我国很多水利水电工程中使用的的液压启闭机，在运行过程中由于出现双缸不同步导致事故，后期都进行了改造，但是任然存在一部分双缸同步性的问题没有彻底解决。险情频发，浪费了大量的财力物力43。据此，液压启闭机的同步性问题的理论研究与工程应用实践验证很关键。要使液压启闭机在实际水利水电工程应用中获得完美的同步控制性能，除了安装与调试符合要求，使用中注意保养及及时发现问题处理问题外，最主要的还是启闭机设计过程，要做到设计开发的过程中设计液压系统的合理性，及控制系统的先进性。本课题研究液压启闭机的同步性的设计，并对其设计的合理性进行仿真分析。2.5 本章小结本章系统的对比介绍了卷扬式启闭机与液压式启闭机的种类、型号及它们适用的场合。并且详细列举了液压启闭机的各类机型的参数及国内外的应用实例及发展现状。最后提到了液压启闭机的现存问题及相关的解决策略。提出了本课题研究的中心问题：双吊点液压启闭机系统的的设计及双缸的同步性能问题。第三章 云南迪庆州中小甸水利枢纽工程启闭机系统的设计3.1 液压启闭机系统设计方案简述 3.1.1 设计引用标准 此次设计主要引用国家GB系列标准： GB3766 液压系统通用技术条件 GB7935 液压元件通用技术条件 GB2346 液压气动系统及元件公称压力系列 GB2347 液压泵及马达公称排量系列 GB2348 液压气动系统及元件缸径及活塞杆外径系列 GB2349 液压气动系统及元件 缸活塞行程系列 GB2350 液压气动系统及元件 活塞杆螺纹尺寸系列和型式 GB2876 液压泵站油箱公称容量系列 GB2877 二通插装式液压阀安装连接尺寸 GB2879 液压缸活塞和活塞杆动密封沟槽型式、尺寸和公差 GB6578 液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差 GB7934 二通插装阀技术条件 GB7937 液压气动用管接头及其附件公称压力系列 GB7938 液压缸及气缸公称压力系列 DL/T 5167 水电水利工程启闭机设计规范 DL/T5019 水电水利工程启闭机制造、安装及验收规范 SL 39 露顶式弧形闸门液压启闭机系列标准3.1.2 液压启闭机的组成和结构要求(1)启闭机的组成 每一台（套）液压启闭机由油缸总成、液压泵站（每套液压泵站由2套油泵电机组、油箱、阀组、保压安全阀块和管道等组成）、油缸总成、埋件、行程检测装置、行程限位装置、液压管路系统、检修平台和爬梯、联门轴及轴端挡板和紧固件、机架、现地监控单元、专用检修工具等组成。(2)启闭机主要结构要求 1）. 本课题涉及的启闭机设计为为双吊点形式，即一扇工作门由二套油缸启闭机油缸总成操作启闭。液压启闭机油缸的后端与预埋在闸墙上的支座相连，油缸的前端与弧门的下主横梁相连。 2）. 每一台（套）启闭机配一套液压泵站总成（每套液压泵站由二套“油泵电机组”、油箱、 阀组、缸旁保压安全阀块和管道等组成）和一套现地控制单元。 3）. 液压泵站中含集中控制功能块和油缸旁保压安全阀块。其中，缸旁保压安全阀块用于闸门开启时保压闭锁，并具有闸门启闭过程中保护启闭机避免因管路破裂而造成事故的功能。(3) 运行和操作要求 1）.本机操作闸门至上、下极限位置时,油泵电动机应自动切断电源,特别是当闸门到达下极限位置时,应确保可靠运行。 2）.闸门在全开或设定的任一局部开启位置时，启闭机的