Электрогидравлическая система привода двустворчатых ворот шлюза

. 1 ЕНИ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ектрогидрораспм центрировани-. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗО(71) Винницкий политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1680858, кл. Е 02 В 7/36, 1989.(54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРИВОДА ДВУСТВОРЧАТЫХ ВОРОТШЛ 1 ОЗА(57) Использование: гидротехника в областигидроавтоматики поршневого привода гидротехнических сооружений. Сущность изобретения: для увеличения пропускнойспособности шлюза и повышения надежности его работы в систему привода введеныдва насоса постоянной производительностив качестве насосных станций, два напорныхзолотника, сообщающие напорные гидролинии насосов постоянной производительности со сливом, два электрогидравлическихусилителя, исполнительные полости которых попарно объединены и соединеныИзобретение относится к гидротехнике, к области систем гидроавтоматики поршневого привода и может быть использовано в механическом оборудовании гидросооружений.Целью изобретения является увеличение пропускной способности шлюза и повышение эксплуатационной надежности электрогидравлической системы привода двустворчатых ворот шлюза,На чертеже представлена структурная схема электрогидравлической системы привода двухстворчатых ворот шлюза. гидролиниями со сливными каналами соответствующих трехпозиционных электрогидрораспределителей, при этом полости управления последних подключены к напорным гидролиниям насосных станций, а полость питания каждого усилителя соединена с его полостью слива, Система включает так же два электронных усилителя, входы которых электрически связаны с вы-, ходом микропроцессорного контроллера, а выходы - с входами соответствуащих электрогидравлических усилителей. Такое соединение элементов даст возможность стабильно поддерживать в напорных гидролиниях насосных станций необходимый расхоД при оптимальном давлении, определяемом настройкой напорных золотников, а также управлять расходом рабочей жидкости в сливных гидролиниях гидроцилиндров, . обеспечивая реализацию запрограммированных законом движения створок ворот, их синхронизацию независимо от величины и направления внешних нагрузок, воздействующих на створки ворот шлюза, 1 ил. Электрогидравлическая система привода двустворчатых ворот шлюза включаетдва гидроцилиндра 1 и 2, каждый из которыхсодержит насосную станцию, состоящую изнасоса 3, обратного клапана 4, фильтра 5 инапорного золотника 6, соединяющего напорную гидсолинию насоса 3 со сливом, атакже насос 7 дожатия с обратным клапаном и фильтром 9,Питание насосов 3 и 7 осуществляетсяот баков 10,Трехпозиционные элределители 11 с пружинньлиндра 1 и 2 и сообщает гидролинию вто 50рой пары противофазно установленных обратных клапанов 22 и 23 со сливом. Второй предохранительный клапан 25 подключен параллельно гидролинии, соединяющей поршневую полость 12 каждогогидроцилиндра 1, 2 соответствующим насосом 7 дожатия.Датчик положения каждой створки 26ворот шлюза состоит из двух сельсинов 27 и 28, валы которых механически соединены 55 ем подключены своими отводными каналами к поршневым 12 и штоковым 13 полостямгидроцилиндров 1 и 2, подводными каналами соединены с напорными гидролинияминасосов 3, а сливными каналами сообщены 5с исполни;ельными полостями 14 электрогидравлических усилителей 15, полости 16управления которых подключены к напорным гидролиниям насосов 3, а две другиеполости (питания и сливная) соединены 10между собой и сообщены со сливом,Злектрогидравлическое управлениетрехпозиционными электрогидрораспределителями 11 осуществляется гидрорэспределителями 17 с электромагнитным 15управлением и 18, полости питания которых подключены к напорным гидролиниямнасосов 3, а полостиуправления - к одноименным полостям трехпозиционных распределителей 11. При обесточенных 20электромагнитах гидрораспределителей 17и 18 их золотники запирают напорныегидролинии и сообщают полости управления трехпозиционных электрогидрораспре.делителей 11 со сливом. Г 1 од действием .25центрирующих пружин золотник электро. гидрораспределителя 11 устанавливается всреднее положение и перекрывает все каналы в своем корпусе, К гидролиниям штоковых полостей 13 каждого гидроцилиндра 1 30и 2 параллельно подключены электромагнитные гидрораспределители 19. Привключении электромагнитов гидрораспределители 19 сообщают штоковые полости 13гидроцилиндров 1 и 2 со сливом, при обесточенных электромагнитах - штоковые полости 13 отключаются от слива,Предохранительный блок каждого гидроцилиндра 1 и 2 состоит из четырех обратных клапанов 20, 21, 22, 23, включенных 40попарно-параллельно между поршневой 12и штоковой 13 полостями гидроцилиндрэ 1,2, и двух предохранительных клапанов 24 и25, один из которых 24 подключен междуобратными клапанами 20, 21, 22, 23 таким 45образом, что запирает гидролинио первойпары обратных клапанов 20 и 21, установленных по направлению потока рабочейжидкости, поступающей в полости гидроцис валом цилиндрического редуктора 29, который посредством зубчатого сектора 30 и шестерни 31 кинематически связан со створкой 26 ворот шлюза, Трехфазные выходные обмотки сельсинов 27 и 28 подключены к общепромышленной сети через понижающий грансформатор, а однофазные входные обмотки сельсинов 27 и 28 подключены к входу измерительного устройства 32.Дисплейный пульт 33.оператора и выходы измерительных устройств 32 обеих створок 26 ворОт шлюза электрически подключены к входам регулирующего микропроцессорного контроллера 34, выходы которого электрически связаны с электро- гидравлическими усилителями 15 через электронные усилители 35, а также непосредственно с тиристорными пускателями 36 электродвигателей насосов 3 и электромагнитами гидрораспределителей 17 и 18.В качестве насосных станций применены насосы постоянной производительности (например, КШ), серийно выпускаемые Кировоградским заводом "Гидропривод"Напорные золотники .6 и предохранительные клапаны 24, 25 (например, БГ 54- 35 М) серийно выпускаются Гомельским ПО Тидроавтомэтика" и рядом других отечественных заводов.Электрогидравлический усилитель 15 выпускается в комплекте с электронным усилителем 35 Харьковским опытным заводом ОКБ "Теплоавтомат". Это серийная продукция предназначенная для различного рода систем автоматического управления. В системе привода ворот шлюза применен самый большой типоразмер электрогидравлического усилителя ЭГУ. Однако, при проектном подключении Э ГУв систему, его максимальная пропускная способность составляет 500 л/мин при перепаде на нем 100 кг/см (по паспортным данным). Поэто.- 2му, для снижения потребляемой мощности приводом, предложено обьединить обе исполнительные полости ЭГУ, а полость питания соединить с полостью слива. В этом случае перепад давления ЭГУпри максимальном расходе уменьшается в 4 раза, а при расходе 250 л/мин (максимальный расход насосной станции в предлагаемом приводе) будет составлять 6 кг/см .Датчик пути выполнен в виде двух стандартных сельсинов 27 и 28 (например, БД 501 Ф). Один сельсин 27 подключен к цилиндрическому редуктору 29 таким образом, что делает один оборот зэ полный ход створки 26 ворот, а другой (28) - 16 оборотов, Сельсин 27 определяет координату створки 26 ворот, а сельсин 28 уточняет ко 1775527ординату на 1/16 части хода створки воротшлюза.Измерительное устройство 32 снимаетсигнал напряжения с одной из фаз трехфазной обмотки сельсинов 27, 28 и однофазнойобмотки, замеряет сдвиг фаз между ними,который пропорционален углу поворотасельсина, а, следовательно, и координатестворки ворот в данный момент времени.Результаты измерения преобразуются вцифровой сигнал, который поступает навход микропроцессорного контроллера 34через канал его интерфейсной связи.Трехпозиционный электрогидрораспределитель 11 с пружинным центрированием типа Р 502 серийно выпускается рядомзаводов в СССР и за рубежом (например,Ульяновское ПОГидроаппаратура"),Предохранительный блок состоит из четырех обратных клапанов 20, 21, 22, 23 идвух предохранительных клапанов 24, 25,Эта гидроаппаратура серийно выпускаетсяотечественными заводами.В качестве дожимных насосов 7 применены серийные шестеренные насосы (например, типа БГ 11 - 22).Регулируемый микропроцессорныйконтроллер 34 и дисплейный пульт 33 оператора представляютсобой серийно выпускаемые промышленностью регулируемыймикропроцессорньй контроллер типа Р в комплекте с дисплейным пультом оператора -демиконтом. В контроллере 34 модульмикропроцессорного вычислителя заменен на модуль; аналогичный контроллерутипа К 1-20, в ПЗУ модуля "защиты" технологические программы и новое программноеобеспечение, организующее процесс вычислений и интерфейсных каналов.Все согласующие устройства входят всостав контроллера 34.Электрогидравлическая система привода двустворчатых ворот шлюза работаетследующим образом.Двустворчатые ворота в процессе шлюзования выполняют две технологическиеоперации: "открытие ворот" и "закрытие ворот",При выполнении операции "открытиеворот" на дисплейном пульте 33 операторадиспетчер включает клавишу этой операции, при этом в контроллере 34 формируются цифровые сигналы в соответствии споданной командой, которые преобразуются в согласующих устройствах, входящих всостав регулирующего микропроцессорного контроллера 34, в сигналы напряжения ипоступают одновременно на тиристорныепускатели 36 электродвигателей насосов 3 иэлектромагниты гидрораспределителей 18,Насосы 3 начнут разворачиваться и создавать в напорных гидролиниях давление, определяемое настройкой напорных золотников 6. Как только давление о напорных 5 гидролиниях достигнет рабочего, напорныезолотники 6 откроются и будут поддерживать в напорных гидролиниях рабочее давление независимое от расхода рабочей жидкости в системе, Рабочая жидкость из 10 напорных гидролиний насосов 3 через обратные клапаны 4, фильтр 5, включенные гидрораспределители 18 поступит в полости управления трехпозиционных электрогидрораспределителей 11 и в полости 16 элект ро идравлических усилителей 15, При этом,золотники электрогидрораспределителей 11 сместятся в крайнее положение, сообщив напорные гидролинии насосоо 3 со штоковыми полостями 13 гидроцилиндров 1 и 2, а 20 их поршневые полости 12 - с исполнительными полостями 14 электрогидрэвлических усилителей 15, Одновременно, золотники усилителей 15 будут зафиксированы о среднем положении.25 Движение штоков гидроцилиндров 1 и 2происходить не будет, так как их поршневые полости 12 отсечены от слива золотниками электрогидравлических усилителей 15.С выдержкой времени равной 2 - 3 с, по сле запуска насосов 3, контроллер 34, о соответствии с программой, начнет выдавать аналоговые сигналы на электрогидраолические усилители 15, которые предварительно преобразовываются и усиливаются в 35 электронных усилителях 35. Золотникиэлектрогидравлических усилителей 15 начнут смещаться от среднего положения нэ величину, пропорциональную токовому сигналу, поступающему от электронных усили телей 35, сообщая, поршневые полости 12гидроцилиндров 1 и 2 со слиоом, При этом штоки гидроцилиндров 1 и 2, и шарнирно связанные с ними створки 26 ворот, начнут перемещаться на открытие с начальной за данной скоростью. По мере движения стоорок 25 ворот, контроллер 34, получая информацию от датчиков пути (сельсинов 27, 28), механически связанных со створками 26, через измерительное устройство 32 50 сравнивает ее с заданной программой вфункции времени зашитой в ПЗУ контроллера и корректирует выходные сигналы. управления, поступающие нэ электрогидравлические усилители 15, золотники кото рых изменяя площадь сечения слива,регулируют скорость движения створок 26 по запрограммированному закону и, в то же время, синхронизируют их дв:жение,Так, например, если при открытии воротна створку 26 станет воздействовать внеш 177552725 30 35 40 50 няя нагрузка со стороны нижнего бьефа (от обратной волны, ветровая и т.д.), то давление в поршневой полости 12 гидрацилиндра 1, 2 возрастает, при этом пропуская способность сливных окон золотника электрагидравлического усилителя 15 увеличится и скорость створки 26 повысится по отношению к программной (заданной). В этом случае, отдатчика пути (сельсинов 27, 28) поступит корректирующий сигнал в контроллер 34, который будет уменьшать программный сигнал пропорционально величине рассогласования скоростей и золотник злектрагидравлического усилителя 15 будет прикрывать сливные окна до тех пор, пока скорость створки 26 не станет равной заданной.Одновременно, в штоковой полости 13 гидроцилиндра 1 или 2 в начальный момент, давление несколько понизится и напорный золотник 6 уменьшит слив, в результате увеличится подача насоса 3 в штокавую палость 13 гидроцилиндра 1 или 2, что предотвратит разряжение в штоковой полости 13, По мере притормаживания створки 26 давления в штокавой полости 13 будетповышаться и напорный золотник 6 установит подачу насоса 3 в соответствии с заданной скоростью. Если, при открытии ворот, на створку 26 со стороны камеры шлюза станет воздействовать внешняя нагрузка (т.е. увеличится сопротивление движения створок), та давление в штокавой полости 13 гидрацилиндра 1 или 2 возрастет и напорный золотник 6 увеличит слив, в результате скорость створки 26 понизится и корректирующий сигнал от датчика пути (сельсинав 27, 28) увеличит программный сигнал, поступающий на электрогидравлический усилитель 15, золотник которого будет приоткрывать сливные окна и давление в поршневой полости 12 гидроцилиндра 1 или 2 будет понижаться до тех пор, пока перепад давления между штоковой 13 и поршневой 12 полостями гидро- цилиндра 1 или 2 не компенсирует дополнительное усилие сопротивления движенкою створки 26. При этом, давление в штоковай полости установится в соответствии с заданной скоростью.На этом принципе основана и синхронизация движения створок 26. Движениекаждой створки отслеживается относительно заданного (программного) закона перемещения ворот.,При подходе створок 26 к открытому положению. ворот скорость их плавно снижается по запрограммированному графику до полной остановки. Остановка створок 26 производится па сигналу датчиков пути 5 10 15 20(сельсинов 27 и 28) и дублируется конечными выключателями. установленными в нишах ворот. При этом снижается питание с контроллера 34, в результате обесточиваются тиристорные пускатели 36 электродвигателей насосов 3, электрогидравлические усилители 15 и электромагниты распределителей 18. Насосы 3 останавливаются, золотники электрогидравлических усилителей 15 за счет остаточного давления в системе и упругости заслонки устанавливаются в среднее положение, золотник, электрогидрораспределителя 11 под действием центрирующих пружин устанавливается в среднее положение, запирая все каналы корпуса. Схема приходит в исходное состояние.Технологическая операция "закрытие ворот" осуществляется аналогично, за тем исключением, что напряжение от контроллера 34 подается на электромагниты распределителей 17, в результате золотники трехпозиционных электрогидрораспределителей 11 смещаются в противоположную сторону, реверсируя тем самым направление потока рабочей жидкости.При воздействии на створки 26 ворот внешних нагрузок (навал судна, обратная волна, порыв ветра), превосходящих допустимые, в работу включается предохранительный блок, При воздействии нагрузки на створку 26 со стороны камеры шлюза (это может произойти, когда створка находится в промежуточном положении), давление бу-. дет повышаться в штоковой полости 13 гидроцилиндра 1 или 2 до величины настройки предохранительного клапана 24, после срабатывания которого рабочая жидкость из штоковой полости 13 будет перетекать через обратный клапан 21 и предохранительный клапан 24 на слив. Поршень гидроцилиндра 1 или 2 будетперемещаться в сторону штоковой полости 13, а в поршневой полости 12 будет создаваться разряжение, под действием которого обратный клапан 22 откроется и рабочая жидкость из сливной гидролинии будет заполнять увеличивающийся объем поршневой полости 12,При воздействии внешней нагрузки на створку 26 с противоположной стороны давление будет повышаться в поршневой полости 12, из которой рабочая жидкость будет вытесняться и поступать на слив через обратный клапан 20 и предохранительный клапан 24, Штоковая полость 13 будет подпитываться из сливной гидралинии через обратный клапан 23.Так как в большинстве случае навалы судов и действие обратной волны приходит 1775527510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ся на створки 26 ворот со стороны нижнего бьефа со стороны противоположной штокам), то в гидролиниях поршневых полостей 12 гидроцилиндров 1 и 2 установлены дублирующие предохранительные клапаны 25, которые срабатывают одновременно с клапанами 24, Этим обеспечивается надежная защита штоков гидроцилиндров 1 и 2 от изгибов при действии внешних нагрузок на створки 26 ворот шлюза.При расхождении створа ворот в случае воздействия на створки 26 внешних нагрузок, превышающих допустимые, или перетечки рабочей жидкости через поршневые уплотнения при длительном нахождении ворот в закрытом положении, размыкается конечный выключатель, установленный в створе ворот, в результате прерывается работа шлюза до тех пор, пока диспетчер не обнаружитостановки шлюза и не определит причину. После чего диспетчеру необходимо с пульта 33 оператора дать команду на закрытие ворот и повторить прерванную технологическую операцию, Как правило, на устранение этого сбоя затрачивается от 5 до 10 мин,В целях повышения производительности шлюза и экономии электроэнергии в систему введены два насоса 7 докатия с обратными клапанами 8 и фильтрами 9, напорные гидролинии которых подключены к поршневым полостям 12 гидроцилиндров 1 и 2, а. также два электромагнитных гидро-. распределителя 19, полости питания которых подключены к штоковым полостям 13 гидроцилиндров 1 и 2, а полости управления сообщены со сливом.Электродвигатели насосов 7 дожатия и электромагниты распределителей 19 включаются автоматически при размыкании конечного выключателя в створе ворот шлюза при неработающем приводе, и отключатся при его замыкании,При работающем приводе контакт конечного выключателя в створе ворот шлюза блокируется от включения электродвигателей насосов 7 дожатия и электромагнитов гидрораспределителей 19,При расхождении створа ворот, от сигнала конечного выключателя, подается питание на электродвигатели насосов 7 дожатия и электромагниты гидрораспределителей 19, которые сообщают штоковые полости 13 гидроцилиндров 1 и 2 со сливом. Насосы 7 дожатия подают рабочую жидкость в поршневые полости 12 гидроцилиндров 1 и 2, штоки которых начинают выдвигаться, рабочая жидкость из ьчтоковых полостей 13 вытесняется на слив через открытые распределители 19, Как только створки 26 сойдутся, по сигналу конечного выключателя в створе ворот, снимается питание с электродвигателей насосов 7 и электромагнитов распределителей 19. Насосы 7 останавливаются, гидрораспределители 19 отключают полости 13 от слива.Применение изобретения дает возможность стабильно поддерживать в напорной гидролинии насосных станций необходимый расход при оптимальном давлении,определяемым настройкой напорных золотников, а также управлять расходом рабочей жидкости в сливных гидролиниях гидроцилиндров, обеспечивая реализацию . запрограммированных законов движения створок ворот, их синхронизацию независимо от величины и направления внешних нагрузок, действующих на створки в,рот,Простота конструкций нерегулируемых насосов (например, насосов типа НШ) увеличивает надежность насосных станций, Применение нерегулируемых насосов оправдано на малых и средних судоходных шлюзах где расходы насосных станций не превышают 350 л/мин.Попарное соединение исполнительных полостей электрогидравлических усилителей и сообщение их со сливными гидролиниями гидроцилиндров обеспечивает минимальное сопротивление движению их поршней при полностью открытом золотни- . ке электрогидравлического усилителя.Таким образом, использование изобретения позволит увеличить пропускную способность шлюза в среднем на 40 О, за счет обеспечения управления створками ворот, по заданным законам движения при воздействии на них знакопеременных внешних нагрузок, а также повысить надежность работы насосных станций и системы синхронизации створок ворот. Формула изобретения Электрогидравлическая система привода двустворчатых ворот шлюза, содержащая два блока управления створками ворот, каждый из которых включает гидроцилиндр, поршневая полость которого через последовательно связанные фильтр и обратный клапан сообщена с напорной гидролинией насоса дожатия, предохранительный блок, состоящий из четырех обратных и двух предохранительных клапанов, насосную станцию, включающую насос с обратным клапаном и фильтром в напорной гидролинии, датчик положения створки ворот, выполненный в виде пары сельсинов, валы которых кинематически соединены со с:верками ворот, трехпозиционный электрогидрораспределитель с пружинным цент1775527 12 тронные усилители с электрогидравлическими усилителями, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения пропускной способности шлюза и повышения эксплуа тационной надежности системы, каждыйблок управления створками ворот снабжен напорным золотником, сообщающим со сливом напорную линию соответствующего насоса, в качестве которого использован на сос постоянной производительности, приэтом исполнительные полости каждого электрогидравлического усилителя обьединены и соединены гидролиниями со сливным каналом соответствующего трех позиционного электрогидрораспределителя с пружинным центрированием, полость управления подключена к напорной гидро- линии, соответствующей насосной станции, а полость питания соединена с полостью 20 слива. тавитель Р. Лобано ед М.МоргенталЗаказ 4025 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород,ина, 10 рированием, отводные каналы которого подключены соответственно к штоковой и поршневой полостям гидроцилиндра, а подводящий канал соединен с напорной гидролинией насосной станции, электромагнитный гидрораспределитель, полости питания которого подключены к штоковой . полости гидроцилиндра, а полость управления сообщена со сливом, а также диспетчерской пункт управления, выполненный в виде регулируемого микропроцессорного контроллера, к входам которого подключены выходы двух измерительных устройств, электрически связанных каждый со своей парой сельсинов, и через канал интерфейсной связи дисплейный пульт оператора, а выходы контроллера соединены с тиристорными пускателями электродвигателей насосов, электромагнитами трехпозиционных электрогидрораспределителей и через элекПодписное бретениям и открытиям при ГКНТ ССаушская наб., 4/5