文献综述

1.课题背景及意义

建国初期，各行各业都还在起步阶段，而水利事业却由于我国是多水灾国家而发展较快。水利工程中为了安全泄洪，就免不了溢流坝和控制泄流的闸门。弧形闸门由于不用门槽，水流比较平顺，需要的启闭机容量小，常常被设计者青睐。过去由于工程项目不多规模不大工程技术人员少，设备制造厂少，启闭机的型式与规格也少 ，选择的余地有限，常常无法根据合理需要进行选择、配置。随着上世纪八十年代改革开放的进程，我国机械制造技术水平的提高，国内机械设备的品质、种类都得到飞跃发展。尤其是国外一些先进的液压缸体加工机具和加工工艺的引入，主要部件材料的解决，各类分配伐阀、比例阀、电磁阀、组合阀以及密封材料等设备进入我国，国内的液压起重设备得到突飞猛进的发展，不仅主起重设备是液压的，各种辅助机构也大量采用液压设备。液压启闭机也随之大量使用在溢流坝泄洪设施上，在液压缸式弧形闸门启闭机选择上，由于液压启闭机的特点，近一段时间基本上是取代了固定卷扬式启闭机。

PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、可靠性高、灵活通用与维护方便等优点，在机械 制造、冶金、化工等领域已得到广泛应用。利用PLC对传统继电器控制机床进行技术改造，是节约成本，提高设备自动化程度的一种有效途径。近年来，随着经济的不断发展，电力需求不断增大，使我国水电站的开发建设得到了快速的发展。闸门启闭机作为水电站的重要设备之一，如果对其沿用传统的继电器控制，不但难于解决与监控系统上位机的通讯问题，而且无法满足当前水电站对设备的自动化控制要求。为解决这个问题，我们尝试采用PLC和TD200(中文显示控制面板)，开发研制了一种适应自动化控制要求的闸门启闭机电气控制系统。

液压系统，简单地说就是利用液压原理，通过改变液体压强来增大设备的作用力，从而实现起重、混凝土搅拌、液压泵等一些需要靠巨大作用力工作的机械中。目前，在绝大多数工业机械设备中都有用到液压系统，可见液压系统应用的广泛及其对工业领域的重要贡献。科学正确的安装液压系统对液压技术的应用有着重要的意义，首先一个完整的液压系统由动力原件、执行元件、控制元件、辅助原件(附件)和液压油五个部分组成。整个液压系统的性能和这五个部件是密不可分的，如何协调好各个部件之间的关系使之正常运转，达到设计需要的性能，这不但与元件本身的性能有关，而且与液压系统的安装是否科学合理有着极其紧密的关联。液压系统的集成块是构成系统回路的关键零件,其设计和制造质量对液压系统的效率、制造成本、工作可靠性和可维修性有重要影响。采用手工设计, 即使借助AUTOCAD软件, 其效率仍然较低, 而且容易出现油路连接错误。更使人担忧的是, 油路连接错误往往是在零件制造完成后进行油路检测时才能发现, 不仅给生产厂商造成一定的经济损失, 而且有可能延长交货期, 影响生产厂商的信誉和市场竞争能力。因此,随着计算机辅助设计的推广应用, 根据液压系统集成块的结构特点, 研究实用的液压系统集成块CAD方法, 已经受到国内外有关技术人员的充分关注。

闸门上升(活塞杆回缩)：油泵空载启动后，控制下腔主油路方向的电磁阀和控制小泵主油路方向的电磁阀得电，下腔主油路方向控制阀后的液控油接通油箱，下腔主油路方向控制阀开启。控制小泵输出液压油的方向控制阀关闭，同时：开启小泵压力控制阀(此时小泵空载)，关闭上升系统压力控制阀盖板上的单向阀回油管路，建立上升系统压力。大泵输出液压油经下腔主油路方向控制阀→两个带桥式单向阀的凋速阀→油缸安全锁定块→进入两支油缸有杆腔。两支油缸无杆腔液压油经上腔回油方向控制阀→过滤器→回到油箱。

闸门下降(活塞杆伸长)：由于无杆腔容积大于有杆腔容积，为保证闸门下降速度，此时大小两台油泵同时向上腔供油。油泵空载启动后，控制上腔主油路的电磁阀得电，使上腔主油路方向控制阀后的液控油失压，同时关闭上下腔压力控制阀盖板上的液控单向阀回油通道，建立下降系统压力。小泵输出液压油经小泵上腔方向控制阀与大泵输出液压油汇合→上腔主油路方向控制阀→系统上腔最低压力控制阀→进入油缸无杆腔。同时液控油打开两缸下腔上的安全锁定控制块液压锁。有杆腔液压油经两缸安全锁定控制块→两个带桥式单向阀的调速阀→下腔回油方向控制阀→过滤器→回油箱。

液压启闭机通过电气控制系统来控制液压系统，实现电机的正转反转，实现活塞杆的伸缩运动和停止自锁等级功能。电气控制系统使用了大量的继电器和传感器，这些电子器件对特定外界环境（振动、发热、受潮、电量）等因素非界环境（振动、发热、受潮、电量）等因素非常敏感，如果传感器出现零位移，继电器触点出现接触不良，各控制模块间的接线松动，就会引起电气控制系统出现故障，导致闸控系统不能正常运行。电气控制系统的功能要求：Ⅰ.油泵的起、停操作；Ⅱ.闸门的升、降、停的操作；Ⅲ.进行闸门开度预置；Ⅳ.闸门双缸同步纠偏 ；Ⅴ.闸门沉降的自动回升复位。油泵控制主回路由三相交流电经过空气开关 QF1、交流接触器 KM1 两级开关给油泵电机供电。

2.国内外研究现状

启闭机的起重原理和结构特点，使其具有以下特性：

（1） 设备小巧玲珑，主提升设备可以利用斜支腿弧形闸门支腿与闸墩间的空间进行布置，闸门与启闭机整体布置紧凑、简单，二者浑然一体，设备所在整个区域显得简洁、明快；