某大型船閘人字門合攏對位檢測裝置失效分析

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，人字門的啟閉運轉由電氣控制系統按照工藝流程控制，船閘設備的安全穩定運行需要船閘控制系統的穩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運行工藝流程的狀態，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、外部環境及傳感設備等影響，其停機時的門體相對位置狀態是不確定的。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了對人字門從“關終到合攏”這一重要狀態轉變過程的檢測、監控。該監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、光照等環境變化較大時門縫錯位監測裝置常出現的死機現象，以及故障率較高等情況，通過控制變量法對該現象影響因素進行實驗分析，找出監測裝置的主要影響因素并采用相應優化裝置設計投入運行，再次監測和分析相應數據結果。由此驗證優化裝置的實用性和有效性，為船閘安全穩定運行提供技術保障。

1 人字門門縫錯位監測裝置基本結構

本文研究的人字門門縫錯位監測裝置結構圖如圖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 是接近開關微調裝置，9 是微調燕尾槽，10 是微調裝置擋板，11 是微調螺桿，12 是微調滑塊，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、高溫環境中存在故障率升高的現象展開裝置優化研究，人字門合攏對位裝置的工作原理如下：

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

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

1.2 存在的缺陷與不利影響

（1）船閘運行監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測。

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

（3）人字門出現“合攏”故障時，技術人員需要調整停機延時參數，通過控制人字門關終停機時間來調節兩側人字門關門對中時的相對位置，從而滿足“合攏”條件。但調節參數的數據依據就是“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節參數值以排除“合攏”故障，從而影響船閘運行效率。

2 影響因素實驗分析

為了明晰現有人字門合攏對位檢測裝置的運行現狀和運行工況，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化改進的方向，基于人字門合攏對位檢測裝置的運行環境以及裝置的運行原理，以環境光照、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與實際的差距。

由于自然環境的光照強度不存在任何規律，所以采用可調節強度的人造光源對現有人字門合攏對位檢測裝置進行試驗，通過規律性改變人造光源的光照強度，得出使裝置出現死機的臨界光照強度值為56000 勒克斯（以備后續實驗使用）。根據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值記錄，實驗測得的光照強度相關數據繪制如下圖：

由圖數據分析可知，在溫度視為較穩定波動時，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波動。根據后續多天連續數據記錄，當傳感器出現死機狀況時，照度值均大于臨界照度值56000 勒克斯。

3 監測優化裝置及分析

3.1 監測裝置優化結構

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，優化人字門監測裝置結構，優化裝置如下圖：

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 優化裝置實驗分析

對優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：

優化后的裝置有效降低了光度值，降低了人字門出現合攏超時的概率。

針對優化裝置前后的門縫錯位數據進行數據分析得出，合攏對中裝置在采用優化裝置后，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化改進，旨在研究影響合攏對中裝置死機因素，并通過優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超過五秒，傳感器就會死機，通過實驗驗證了合攏對中優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定與安全。