桂平二线船闸机房电机运行震动原因探讨及建议

桂平二线船闸机房电机运行震动原因探讨及建议

摘要 桂平航运枢纽分公司二线船闸自试运行至今，闸室右岸机房电机在运行时存在震动现象，通过做试验找出震动的原因并提出减少震动的建议。

关键词 船闸；同步运行；比例轴向柱塞变量泵

1 概况

广西桂平航运枢纽是西江航运建设第一期工程（广西段）的主干项目，是国家 “七五”期间内河渠化建设重点工程。位于珠江水系西江干流的郁江河段，黔、郁两江汇合口上游4公里处。一线船闸实现安全通航 20多年，累计运行15.86万闸次，过闸船只148万艘，过闸核载41913.8万吨，形成良好的社会效益。近年过闸量直线上升，2007年核载过闸运量突破2558万吨，已达年设计通过能力的2倍多。因此，在2008年开始建设二线船闸，位于一线船闸右侧，两船闸中心线间隔120m。建设规模拟为：按3000吨级标准建设船闸一座，设计代表船型为3000吨级货船和2×2000吨级顶推船队及港澳线2000吨级集装箱船，设计年通过能力为3100万吨。

每个机房设计3台电机，所采用的电机来自上海ABB公司，额定功率75KW，额定转速1480rpm；油泵是Parker公司生产的比例轴向柱塞变量泵，该比例泵可承受最大压力达到35MPa，最大流量可达到180ml/r。正常人字门动作（开门、关门）时，电机2台运行1台备用；正常输水门动作（开输水门或者关输水门）时，电机1台运行，2台备用，这些动作都是通过液压启闭机的动作带动其动作，带动人字门的启闭机简称卧缸，带动输水门的启闭机简称竖缸。

2 出现的问题

2011年6月24日开始，桂平二线船闸开始进入试运行阶段。试运行阶段至今，运行过程中，开或者关人字门或者开输水门时，闸室右岸的电机相对左岸的震动严重很多，甚至两边晃动，左岸电机只是正常的震动，相对来说很平稳。长期按照此工况运行下去，电机脚部的固定螺钉有可能会因此而容易疲劳，缩短寿命，更严重来说，震动如果进一步加剧，螺钉何时顶不住而断裂导致电机脱离支架甩出去也说不定。这情况已成为运行的安全隐患，一日找不出这震动的原因，运行也不会令人感到放心。这一现象引起了公司技术人员与各级领导的关注。

3 原因探讨分析

引起电机震动原因有以下几种：轴承坏、脚部螺钉松了、液压油路不畅通导致管路冲击泵造成电机震动，于是开始逐一检查原因（因为开输水门所需要满足的逻辑条件相对少点，试验时一直用开输水门来做）。

（1）最开始时怀疑的是电机轴承坏了，于是便把电机拆开，发现并无异常，

回装后，再把电机脚部的螺钉加力紧固一下，单边开输水门，发现震动情况消失了，本以为隐患就此解决，怎料到正常运行时震动现象仍然存在。

（2）可能是进油油量不够大，导致油泵吸空引起的震动，于是检查油泵进油口之前的球阀是否已经开到最大值。反复开关几次确定已经开到最大。同时也怀疑输水门的水工结构可能不平整导致动作时油路有断续现象而出现震动，试验时到输水门廊道那里看并无异常，同时电机也开始变回稳定的运行状态。

有了之前那次“成功”的假象之后，这次不敢高兴得太早，于是投入正常运行，结果，震动的现象仍然存在！（仔细地观察发现在震动的时候油泵出油的高压软管还有些跳动的现象）。于是从头开始思考是不是试验有问题，试验时都采用单边操作试验，而正常运行时是双边都运行。于是我们开始从新开始用双边操作来进行每个试验，发现双边运行的时候震动是一直存在的！也就是说单边运行的时候没有震动，双边运行就有，但为什么会出现这种情况呢？

在运行的时候，两边的闸门、阀门有同步运行的要求，就是尽可能地使得两边运行的情况一样。同步要求主要目的是为了防止在开、关人字门的时候出现导卡碰撞的现象。人字门、输水门动作速度的调节通过改变泵的流量进行调节。同步调节从开始一直到结束时都在进行。

分析之前，简单介绍一下比例轴向柱塞变量泵的工作原理（见图1）：

图1 比例轴向柱塞变量泵

该类型的柱塞泵的排油量与其柱塞行程有关，而其行程是由斜盘的倾角决定的，改变斜盘的倾角，则泵的排量将被调节，这就是变量泵的变量形式，而其倾角越大，柱塞行程越大，排量就越大，倾角为零，排量也为零。而斜盘的倾角根据需要由外部放大器通过输入0到10v的电压，线性地输出0到100%的泵排量，该泵上安装有一个电感式位置传感器，用以检测变量伺服活塞的位置，并向电子控制器提供实际的排量反馈信号。

打开PLC程序，以关人字门为例，同步的第一档调节，下左机房卧缸上的编码器反馈回来的脉冲值减去下右机房卧缸上的编码器值的差值如果在5到10的区间内，则右岸的放大器电压增加0.5V，增加电机流量致使闸门的速度加快；反之如果下右机房卧缸的编码器反馈回来的值比下左机房的大，而且数值在5到10区间内，则右岸的放大器电压减少0.5V，减少流量使其运动减慢。当两者之差小于5时则不再自动调节，按照给定的流量进行运动。

同步的第二档调节，下左机房卧缸上的编码器反馈回来的脉冲值减去下右机房卧缸上的编码器值的差值如果在10到500的区间内，则右岸的放大器电压增加1.0V，增加电机流量致使闸门的速度加快；反之如果下右机房卧缸的编码器反馈回来的值比下左机房的大，而且数值在10到500区间内，则右岸的放大器电压减少1.0V，减少流量使其运动减慢。两者之差回到之前第一档的区间再来一次调节，当两者之差小于5时则不再自动调节，按照给定的流量进行运动。

无论是第一档还是第二档调节，都是以左岸的恒定输出为参考，右岸做出相应的流量变化改变速度。

电机额定转速1480rpm；油泵最大流量也就是放大器输入10v的时候可达到180ml/r。放大器每变化1v，油泵输出的流量就改变444ml/s，放大器改变0.5v时油泵流量输出改变222ml/s。油泵出口的高压软管通经为50，想象一下每一秒钟50通经的管内有着至少222ml的流量变化软管还会“安静”下来吗，这就很好地解释了在电机震动的时候软管也会跳动的情况出现了。毫无疑问，泵内流量的变化势必也会造成比例泵的瞬间冲击导致连接的电机也跟着震动。

图2 同步要求的PLC程序

4 减少震动的一些建议

通过分析知道引起电机的震动的原因来自同步运行，由此建议对PLC程序作出一些改动以减少电机的震动。同步运行的最大的作用体现在人字门关闭的时候，关人字门时两边的人字门同步运行可以使得人字门在接近关终位的时候避免两边人字门出现导卡碰撞的事故。所以在关人字门这个过程人字门同步运行时必不可少的。但是，在开人字门的时候，发生导卡碰撞的机会几乎为零，所以开人字门这个过程可以取消人字门的同步运行，就是给一个恒定的电压输出值到放大器，不再以左岸做对比改变流量；至于开输水门，这个过程也可以取消同步运行，非同步运行对冲水过程的影响不大，在个别输水门检修时，就提供有单边运行输水门的方式；关输水门的时候原来就没有同步运行，这里不提了。