S水库为大型水利枢纽工程，其中溢洪道的闸门总计3孔，挡水位设计为160.0m，闸底高程设计为150.30m。孔口尺寸设计为11×10m，采用露顶弧形钢闸门结构形式，在上游侧设置从止水，选择自润滑关节轴承进行支铰设计。闸门面板的曲率半径设计为17.0m，闸门重量为67.2t/扇，各孔埋件重量设计为7.1t。采用Q345C材料制作闸门，采用Q235B材料制作埋件。采用后拉式液压启闭机作为启闭设备，扬程设计为8.0m，容量设计为2×1000kN，总计3台。每台启闭机均配置1个液压站，在液压站中均设置2台油泵。
弧形闸门属于空间结构，含有空间刚度，可以同步运行，然而如果液压系统的闭环偏差的控制回路缺乏合理性，则无法保证闸门启闭的可靠性与灵活性，还会导致闸门侧轮朝着闸墩一侧滑出，使得闸门启闭时液压缸发生噪声与振动问题，对弧门启停的安全性与平稳性造成一定影响。所以，完成闸门与启闭机安装之后，应该结合闸门的导向装置和门槽埋件、启闭机的安装偏差以及其他实测数据对液压启闭机的双缸同步偏差允许值进行确定[1]。
1.液压启闭机构成以及工作原理
设备主要涵盖闸门开度测量仪、液压缸、电气控制屏以及液压泵站等部分。其工作原理如下：第一，开启闸门。主要是对电器控屏按钮进行操作，通过电气控制屏为泵站电磁换向阀以及电动机供电，液压泵站将具有一定流量与压力的液压油输出，液压油分为两路向左右液压缸有杆腔中输入，液控单向阀能够确保油液实现单向流动，同时液压缸在收缩过程中形成拉力，即可以带动闸门。
第二，闸门停止于某一高度。在闸门开启高度达到设计要求时，会导致液压泵站运行停止，进而停止输出油液，并自动关闭液控单向阀，避免液压油出现倒流问题，有杆腔油液可以保持压力，并且液压缸拉力和闸门重量相同，让闸门保持设计高度。
第三，关闭闸门。对控制屏中按钮进行操作，并为电磁换向阀与电动机供电，将液控单向阀打开，有杆腔中液压油在通过单向阀之后流走，在自重作用下，闸门开始下滑。在达到设计高度之后，液压泵站的运行作业停止，自动关闭单向阀，避免油液出现流出问题，促使闸门保持设计高度。
第四，闸门开度测量仪。在闸门处于关闭条件时，液压缸活塞杆会伸出。同时活塞杆作出收缩动作时，可以对闸门开启动作进行带动，借助对液压缸实际收缩长度进行测量，对其开启高度进行换算[2]。
2.设计液压同步系统
要想保证液压启闭机中油缸实现同步工作，液控系统应该进行同步纠偏回路设置。为了保证闸门顺畅运行，液控系统选择闭环回路。在S水库中，液压启闭机选择比例调速阀的同步控制与常规调速器进行同步控制，见下图。
图1 液压启闭机的液压控制原理图
该控制方案属于跟踪式纠偏方式，主要是选择EPVl6一A一06—24D—S—U一13电液比例阀设计为调节元件，进行启闭操作时，将手动流量控制阀设置的开度设定成跟踪目标，结合油缸的形成偏差，开展动态纠偏处理，进而充分保证2个油缸同步工作。该方案具有简单实用以及纠偏精度高等优点。主要做法就是，为了活塞杆实际伸缩速度进行控制，将比例阀回路设计与有杆腔回路，另外该回路与常规调速阀回路并联，若是比例阀发生故障问题，那么可以将备用回路常闭阀开启，让常规回路工作，进而促使各个油缸实现同步运行，并合理调节启闭速度。结合闸门的启闭速度规定，对常规调速阀开口量进行调节，基准缸选择常规调速阀下的油缸，随动油缸选择比例阀下的油缸。调定常规阀开口量之后，即确定基准油缸速度。按照基准油缸速度，将对应基准电压信号输入到比例阀中功率放大板中，进而充分保证油缸能够实现基本同步。借助闸门开度的测量设备，对启闭操作时2只油缸形成进行自动检测，同时向控制柜PLC传送检测的信号。按照闸门开度的测量设备的传送信号，PLC会对2只油缸各个偏差信号以及极性等情况展开对比。在各个偏差比程序设定值大的情况下，PLC对功率放大器中电压信号进行调整，对比例阀开度进行控制，进而对随动油缸速度进行控制。液压启闭机开展启闭操作过程中，在2只油缸同步偏差比设定值大时，PLC会对功率放大器电压信号值进行自动调整，进而对比例阀开口量进行调整，实现纠偏目的。在同步偏差比设定值小情况，对电压信号设定值进行恢复处理。若是油缸位置差比设定值大，对以上动作进行重复操作，即能够促使2只油缸实现同步动作[3]。
3.纠偏系统的调试以及优化
在进行现场调试过程中，通过手动调试方式，对比例阀回路电压值进行检测，同时以此为基础，将预估值设置到比例放大板中，之后开启以及关闭闸门，并对此过程中偏差情况进行观察，对放大板中电压信号的给定值反复进行调整。对于给定值的合理取值原则为：尽可能纠偏调整频率进行控制，合理控制调整时间，禁止太短或是过长。
通过现场调试能够发现，启动不同弧门时，运行状态均比闭门过程突出。开启闸门时，若是闸门开度在6m以内，液压缸的偏差值在5mm以内，弧门工作平稳，液压装置中比例调速阀的纠偏调节频率能够得到有效控制。在闸门开度超出6m时，液压缸的偏差值超出5mm，促使比例调速阀的纠偏频率提升，主要原因在于闸门埋件具体安装精度，需要选择与门槽变化相适应的调试方法。2号闸门以及3号闸门闭合时，闸门的下降速率缺乏良好平滑性，还会发生微小跳动问题，比例阀的纠偏状态断续，液压缸还会发生超差停运问题。通过现场测量发现，闸门闭门时，比例法的回路电压值比较小，同时比例阀回路的关闭问题较为突出，纠偏系统无法及时进行纠偏处理，使得左右缸缺乏良好同步性，导致液压缸发生振动问题。主要原因在于比例调速阀对零位泄露问题进行处理过程中，使得阀芯零位存在一定搭接量，具有零位死区，进行闭门操作时，比例阀回路电压值较小，所以并不能“跳过”死区。要想将零位死区消除，应该将运行电压最小值设置于PLC程序中，进而让输入信号充分“跳过”死区。要想对该问题进行有效解决，应该优化2号闸门和3号闸门的PLC程序，将“闭门过程中，比例调速阀的输入信号应该比零位死区大”判断语句设置到闭门程序中。结合测试结果进行确定，关闭2号闸门过程中，比例阀回路运行电压值在1.6V以上，对于三号闸门，比例调速阀的回路运行电压在1.9V以上。借助上述判断，对液压系统中PLC程序进行修改，促使比例阀工作过程中可以将死区影响完全消除。对程序进行修改之后，进行现场调试，保证2号闸门与3号闸门的比例阀的纠偏回路可以正常运行，进行闭门操作时，保证液压缸平稳运行[4]。
通过反复开展启闭调试处理，通过控制柜把各个闸门的纠偏起调值进行设计，即10mm，同步偏差的最大允许值为20mm。见下图，为2号闸门的液压启闭调试数据。
表1 液压启闭机启门过程调试数据
表2 液压启闭机闭门过程的调试数据
通过上表能够发现，2号门启门时，2个液压缸的偏差值主要在3mm—5mm范围内，闭门时的偏差值在-9—-10范围内，液压缸平稳工作，纠偏系统运行频次较为合理，并未发生超差问题。
4.结语
综上所述，液压启闭缸中2个油缸同步偏差允许值可以借助几何换算获得，之后根据现场具体情况进行科学确定。通过现场调试发现，液压启闭机中2只油缸的偏差允许值以及纠偏系统结合现场调试结果进行调整优化，可以保证双缸稳定工作，保证闸门正常、可靠、安全启闭。
参考文献：
[1]杨艳红,宗睿,宋建涛,邢妍娜.液压自动挂脱梁在官厅水库溢洪道台车式启闭机改造中的应用[J].北京水务,2021(02):46-50.
[2]董家,赵建平,严根华,侍贤瑞.大型液压启闭机活塞杆挠度影响因素数值研究[J].水利与建筑工程学报,2020,18(05):192-197.
[3]易春. 小湾水电站放空底孔工作弧形闸门设计研究[A]. 水电水利规划设计总院、中国水力发电工程学会混凝土面板堆石坝专业委员会、中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司、水利水电土石坝工程信息网、国家能源水电工程技术研发中心高土石坝分会.土石坝技术2014年论文集[C].:水利水电土石坝工程信息网,2015:8.
[4]韦仕龙,杨淇帆,吴祥,王迟,袁彦凯.水利工程中液压启闭机油缸现场拆卸吊装施工若干关键环节探讨[J].机电信息,2019(15):114-115.
