胡興媛

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

船閘的自動化運行中，人字門的啟閉運轉(zhuǎn)由電氣控制系統(tǒng)按照工藝流程控制，船閘設備的安全穩(wěn)定運行需要船閘控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行作為前提。人字門作為船閘的擋水設備，船閘沖泄水后，人字門逐步承受0-27米水頭的水壓，從而實現(xiàn)擋水和封閉閘室的功能。人字門需形成三鉸拱結構的良好受力，才可以滿足船閘安全運行。因此人字門對位檢測裝置的好壞直接影響船閘運行安全。

閘門通過三鉸拱結構將巨大的軸向的水壓轉(zhuǎn)化為水平推力，將壓力傳導至閘墻，從而確保安全。反之如果人字門關門承壓后沒有形成三鉸拱結構，船閘運行安全得不到保證，絕對不能開始后續(xù)運行流程。人字門關門承壓后，形成三鉸拱結構并可以進行后續(xù)運行工藝流程的狀態(tài)，我們稱為人字門“合攏”，確保人字門“合攏”是船閘安全高效運行的基礎保障之一。但人字閘門在運行過程中，受人字門啟閉機結構特性、外部環(huán)境及傳感設備等影響，其停機時的門體相對位置狀態(tài)是不確定的。即其停機后雙側人字門間的門縫和錯位值是隨機的，且可能超過允許范圍。通過統(tǒng)計分析，船閘人字門關門停機的門縫錯位值，隨時間和氣候變化在一定范圍隨機變化。所以，對船閘運行過程中人字門“關終至合攏”過程的監(jiān)測至關重要。2014 年王忠民、阮峻等人開展“船閘人字門合攏對位檢測裝置工程化研究”，通過應用船閘人字門合攏對位檢測裝置實現(xiàn)了對人字門從“關終到合攏”這一重要狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程的檢測、監(jiān)控。該監(jiān)測裝置作為船閘運行安全的基礎性保障設備，在長期投入使用中也暴露了一些缺陷。

本文針對外部溫度、光照等環(huán)境變化較大時門縫錯位監(jiān)測裝置常出現(xiàn)的死機現(xiàn)象，以及故障率較高等情況，通過控制變量法對該現(xiàn)象影響因素進行實驗分析，找出監(jiān)測裝置的主要影響因素并采用相應優(yōu)化裝置設計投入運行，再次監(jiān)測和分析相應數(shù)據(jù)結果。由此驗證優(yōu)化裝置的實用性和有效性，為船閘安全穩(wěn)定運行提供技術保障。

1 人字門門縫錯位監(jiān)測裝置基本結構

本文研究的人字門門縫錯位監(jiān)測裝置結構圖如圖1所示，裝置1 是固定底座，2 是感應撞塊安裝基座，3是感應片安裝基座，4 是合攏水平檢測感應片，5 是對中錯位檢測標靶，6 是對中門縫檢測標靶，7 是傳感器安裝基座，8 是接近開關微調(diào)裝置，9 是微調(diào)燕尾槽，10 是微調(diào)裝置擋板，11 是微調(diào)螺桿，12 是微調(diào)滑塊，13 是激光測距儀安裝支架，14 是激光測距儀防護罩，15 是接近開關，16 是激光測距儀。

圖1 人字門門縫錯位裝置結構圖

圖2 光照強度曲線圖

圖3 優(yōu)化后合攏對中檢測裝置

圖4 光照強度對比圖

1.1 工作原理

本文針對人字門合攏對位檢測裝置在強光、高溫環(huán)境中存在故障率升高的現(xiàn)象展開裝置優(yōu)化研究，人字門合攏對位裝置的工作原理如下：

（1）實現(xiàn)人字門從關終至合攏該過程的門縫錯位監(jiān)測，即通過激光測距，錯位的反射板有一個45°傾角設計，把錯位轉(zhuǎn)化為激光測距的直接距離。

（2）合攏，傳感水平監(jiān)測，即通過感應開關的直接監(jiān)測，監(jiān)測人字門是否處于合攏狀態(tài)。該監(jiān)測模式參與系統(tǒng)控制。

1.2 存在的缺陷與不利影響

（1）船閘運行監(jiān)控人員無法通過上位機對人字門“門縫”“錯位”值進行實時查看，極大地削弱了對人字門關門合攏情況的安全監(jiān)測。

（2）傳感器死機，數(shù)據(jù)記錄丟失，缺少了船閘人字門“關終至合攏”這一變化過程的基礎數(shù)據(jù)。當船閘人字門運行異常時，無法通過數(shù)據(jù)記錄精確地回溯人字門關終至合攏這一重要運動狀態(tài)變化過程。就數(shù)據(jù)分析角度而言，缺少基礎數(shù)據(jù)支撐，得不到任何數(shù)據(jù)分析結果。

（3）人字門出現(xiàn)“合攏”故障時，技術人員需要調(diào)整停機延時參數(shù)，通過控制人字門關終停機時間來調(diào)節(jié)兩側人字門關門對中時的相對位置，從而滿足“合攏”條件。但調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)據(jù)依據(jù)就是“合攏”故障時，門縫錯位傳感器的“門縫值”和“錯位值”，傳感器的死機，會極大影響技術人員快速確定調(diào)節(jié)參數(shù)值以排除“合攏”故障，從而影響船閘運行效率。

2 影響因素實驗分析

為了明晰現(xiàn)有人字門合攏對位檢測裝置的運行現(xiàn)狀和運行工況，探究引起裝置死機、門縫錯位值過大等一系列問題的原因，明確合攏對中裝置優(yōu)化改進的方向，基于人字門合攏對位檢測裝置的運行環(huán)境以及裝置的運行原理，以環(huán)境光照、周圍氣溫作為實驗的變量，探究上位機顯示的門縫與錯位值的讀數(shù)與實際的差距。

由于自然環(huán)境的光照強度不存在任何規(guī)律，所以采用可調(diào)節(jié)強度的人造光源對現(xiàn)有人字門合攏對位檢測裝置進行試驗，通過規(guī)律性改變?nèi)嗽旃庠吹墓庹諒姸?，得出使裝置出現(xiàn)死機的臨界光照強度值為56000 勒克斯（以備后續(xù)實驗使用）。根據(jù)實驗獲得的具體臨界照度值，時間以一天為例（旨在控制溫度變化），以早上8 點開始至下午6 點結束，每2 小時進行一次光照強度、氣溫以及門縫值和錯位值的數(shù)值記錄，實驗測得的光照強度相關數(shù)據(jù)繪制如下圖：

由圖數(shù)據(jù)分析可知，在溫度視為較穩(wěn)定波動時，光照強度一天的變化在下午兩點左右達到峰值，門縫值和錯位值在正常值內(nèi)波動。根據(jù)后續(xù)多天連續(xù)數(shù)據(jù)記錄，當傳感器出現(xiàn)死機狀況時，照度值均大于臨界照度值56000 勒克斯。

3 監(jiān)測優(yōu)化裝置及分析

3.1 監(jiān)測裝置優(yōu)化結構

基于以上結果考慮光照強度對合攏對中裝置有直接影響，為避免光照強度對其影響，優(yōu)化人字門監(jiān)測裝置結構，優(yōu)化裝置如下圖：

為減少陽光直射反射板或傳感器接收裝置從而影響工作導致死機狀況，優(yōu)化后的相關結構1 為激光測距儀安裝支架，2 傳感器安裝基座，3 接近開關安裝片，4燕尾槽齒條滑臺，5 接近開關微調(diào)裝置，6 門縫檢測標靶，7 錯位檢測標靶，8 感應片安裝基座，9 合攏水平檢測片，10 感應撞塊安裝基座。

3.2 優(yōu)化裝置實驗分析

對優(yōu)化后的合攏對中裝置進行光照強度和溫度的相關實驗，實驗結果如下表：

優(yōu)化后的裝置有效降低了光度值，降低了人字門出現(xiàn)合攏超時的概率。

針對優(yōu)化裝置前后的門縫錯位數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析得出，合攏對中裝置在采用優(yōu)化裝置后，門縫值和錯位值均處于正常范圍，且傳感器死機狀態(tài)得到改善。

4 結論

本文針對船閘人字門合攏對中裝置進行優(yōu)化改進，旨在研究影響合攏對中裝置死機因素，并通過優(yōu)化裝置提高船閘運行的合理性和高效性，實驗得出當傳感器接受面受到光照強度大于56000 勒克斯的光照射持續(xù)超過五秒，傳感器就會死機，通過實驗驗證了合攏對中優(yōu)化裝置降低了光照強度的直射率，降低了人字門合攏對中故障，有效提高船閘運行的穩(wěn)定與安全。