某大型船闸人字门合拢对位检测装置失效分析

胡兴媛

（长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443000）

船闸的自动化运行中，人字门的启闭运转由电气控制系统按照工艺流程控制，船闸设备的安全稳定运行需要船闸控制系统的稳定可靠运行作为前提。人字门作为船闸的挡水设备，船闸冲泄水后，人字门逐步承受0-27米水头的水压，从而实现挡水和封闭闸室的功能。人字门需形成三铰拱结构的良好受力，才可以满足船闸安全运行。因此人字门对位检测装置的好坏直接影响船闸运行安全。

闸门通过三铰拱结构将巨大的轴向的水压转化为水平推力，将压力传导至闸墙，从而确保安全。反之如果人字门关门承压后没有形成三铰拱结构，船闸运行安全得不到保证，绝对不能开始后续运行流程。人字门关门承压后，形成三铰拱结构并可以进行后续运行工艺流程的状态，我们称为人字门“合拢”，确保人字门“合拢”是船闸安全高效运行的基础保障之一。但人字闸门在运行过程中，受人字门启闭机结构特性、外部环境及传感设备等影响，其停机时的门体相对位置状态是不确定的。即其停机后双侧人字门间的门缝和错位值是随机的，且可能超过允许范围。通过统计分析，船闸人字门关门停机的门缝错位值，随时间和气候变化在一定范围随机变化。所以，对船闸运行过程中人字门“关终至合拢”过程的监测至关重要。2014 年王忠民、阮峻等人开展“船闸人字门合拢对位检测装置工程化研究”，通过应用船闸人字门合拢对位检测装置实现了对人字门从“关终到合拢”这一重要状态转变过程的检测、监控。该监测装置作为船闸运行安全的基础性保障设备，在长期投入使用中也暴露了一些缺陷。

本文针对外部温度、光照等环境变化较大时门缝错位监测装置常出现的死机现象，以及故障率较高等情况，通过控制变量法对该现象影响因素进行实验分析，找出监测装置的主要影响因素并采用相应优化装置设计投入运行，再次监测和分析相应数据结果。由此验证优化装置的实用性和有效性，为船闸安全稳定运行提供技术保障。

1 人字门门缝错位监测装置基本结构

本文研究的人字门门缝错位监测装置结构图如图1所示，装置1 是固定底座，2 是感应撞块安装基座，3是感应片安装基座，4 是合拢水平检测感应片，5 是对中错位检测标靶，6 是对中门缝检测标靶，7 是传感器安装基座，8 是接近开关微调装置，9 是微调燕尾槽，10 是微调装置挡板，11 是微调螺杆，12 是微调滑块，13 是激光测距仪安装支架，14 是激光测距仪防护罩，15 是接近开关，16 是激光测距仪。

图1 人字门门缝错位装置结构图

图2 光照强度曲线图

图3 优化后合拢对中检测装置

图4 光照强度对比图

1.1 工作原理

本文针对人字门合拢对位检测装置在强光、高温环境中存在故障率升高的现象展开装置优化研究，人字门合拢对位装置的工作原理如下：

（1）实现人字门从关终至合拢该过程的门缝错位监测，即通过激光测距，错位的反射板有一个45°倾角设计，把错位转化为激光测距的直接距离。

（2）合拢，传感水平监测，即通过感应开关的直接监测，监测人字门是否处于合拢状态。该监测模式参与系统控制。

1.2 存在的缺陷与不利影响

（1）船闸运行监控人员无法通过上位机对人字门“门缝”“错位”值进行实时查看，极大地削弱了对人字门关门合拢情况的安全监测。

（2）传感器死机，数据记录丢失，缺少了船闸人字门“关终至合拢”这一变化过程的基础数据。当船闸人字门运行异常时，无法通过数据记录精确地回溯人字门关终至合拢这一重要运动状态变化过程。就数据分析角度而言，缺少基础数据支撑，得不到任何数据分析结果。

（3）人字门出现“合拢”故障时，技术人员需要调整停机延时参数，通过控制人字门关终停机时间来调节两侧人字门关门对中时的相对位置，从而满足“合拢”条件。但调节参数的数据依据就是“合拢”故障时，门缝错位传感器的“门缝值”和“错位值”，传感器的死机，会极大影响技术人员快速确定调节参数值以排除“合拢”故障，从而影响船闸运行效率。

2 影响因素实验分析

为了明晰现有人字门合拢对位检测装置的运行现状和运行工况，探究引起装置死机、门缝错位值过大等一系列问题的原因，明确合拢对中装置优化改进的方向，基于人字门合拢对位检测装置的运行环境以及装置的运行原理，以环境光照、周围气温作为实验的变量，探究上位机显示的门缝与错位值的读数与实际的差距。

由于自然环境的光照强度不存在任何规律，所以采用可调节强度的人造光源对现有人字门合拢对位检测装置进行试验，通过规律性改变人造光源的光照强度，得出使装置出现死机的临界光照强度值为56000 勒克斯（以备后续实验使用）。根据实验获得的具体临界照度值，时间以一天为例（旨在控制温度变化），以早上8 点开始至下午6 点结束，每2 小时进行一次光照强度、气温以及门缝值和错位值的数值记录，实验测得的光照强度相关数据绘制如下图：

由图数据分析可知，在温度视为较稳定波动时，光照强度一天的变化在下午两点左右达到峰值，门缝值和错位值在正常值内波动。根据后续多天连续数据记录，当传感器出现死机状况时，照度值均大于临界照度值56000 勒克斯。

3 监测优化装置及分析

3.1 监测装置优化结构

基于以上结果考虑光照强度对合拢对中装置有直接影响，为避免光照强度对其影响，优化人字门监测装置结构，优化装置如下图：

为减少阳光直射反射板或传感器接收装置从而影响工作导致死机状况，优化后的相关结构1 为激光测距仪安装支架，2 传感器安装基座，3 接近开关安装片，4燕尾槽齿条滑台，5 接近开关微调装置，6 门缝检测标靶，7 错位检测标靶，8 感应片安装基座，9 合拢水平检测片，10 感应撞块安装基座。

3.2 优化装置实验分析

对优化后的合拢对中装置进行光照强度和温度的相关实验，实验结果如下表：

优化后的装置有效降低了光度值，降低了人字门出现合拢超时的概率。

针对优化装置前后的门缝错位数据进行数据分析得出，合拢对中装置在采用优化装置后，门缝值和错位值均处于正常范围，且传感器死机状态得到改善。

4 结论

本文针对船闸人字门合拢对中装置进行优化改进，旨在研究影响合拢对中装置死机因素，并通过优化装置提高船闸运行的合理性和高效性，实验得出当传感器接受面受到光照强度大于56000 勒克斯的光照射持续超过五秒，传感器就会死机，通过实验验证了合拢对中优化装置降低了光照强度的直射率，降低了人字门合拢对中故障，有效提高船闸运行的稳定与安全。