我国第1条跨海铁路轮渡工程———粤海铁路轮渡工程,是1个集火车、汽车、旅客3种运输对象为一体的综合性工程。由于粤海轮渡工程需要同时满足火车、汽车和旅客的装卸运输要求,船港之间的联系需要建设火车栈桥、汽车栈桥和旅客栈桥。对栈桥驱动方案的比较,确定3座桥均采用液压驱动方式,与机械驱动方式相比,该方式具有工艺先进、振动小、噪音低、日常维护保养工作量少、外形简洁美观的优点。
1.汽车活动栈桥
1.1 操作过程
(1)渡轮进港靠泊前,汽车活动栈桥升起,起升过程设2种速度,即正常速度和定位速度(慢速),通过角度测量仪器的测量,将桥体角度随时传递到控制室显示,从起点到仰角30°采用正常速度,从仰角30°到最高位置改用定位速度直至停在最高位置上不动,由液压系统锁定。
(2)待渡轮靠泊完成后,活动栈桥靠自重下降,设2种速度,即正常速度和定位速度(慢速),当栈桥端部底面距船甲板大于1m时,用正常速度;等于1m时,用定位速度,以防止活动栈桥与渡轮的甲板发生猛烈的冲击。栈桥降落至渡轮甲板后,随船同步上、下活动。
(3)渡轮启航前,栈桥再次升起到最高位置,待渡轮离开码头后,再下降至托架上,下降操作过程同上。
(4)非工作状态下,栈桥搁置在专用托架上,可以用机械方式锁定,抗台风。
1.2 主要参数
(1)活动范围:以水平线为基准,桥体向上35°,向下7°。
(2)升降时间:桥体从-7°~+35°(即最低至最高位置)为5min。
(3)油缸受力:每个油缸所需推力约1 200kN。
1.3 液压系统设计方案
液压系统设计主要考虑实现4种操作需要:栈桥起升、下降、锁定以及随船活动。从安全考虑,在液压管路、阀件或油缸发生泄漏或过载时的安全保护也是设计必须满足的要求。设计方案中2个液压缸供油管路合一,因此压力推力相同,要求栈桥钢结构有足够的刚性,以调整液压缸伸缩同步。下面结合汽车栈桥液压系统原理图(图2)介绍各操作的流程。
(1)起升:栈桥起升时,控制台控制Y4电磁流量控制阀打开,同时2台电动机分别带动2台定量轴向柱塞泵,液压油通过Y4电磁流量控制阀,以及“103.1”、“103.2”液控单向阀进入油缸无杆腔,推动油缸伸出,将栈桥顶升。起升速度可以通过Y4流量控制阀按设定程序自动调节。
(2)下降:栈桥下降时,控制台控制电动机和泵停机,同时打开Y2电磁换向阀,以便打开“103.1”、“103.2”、“12”三个液控单向阀,油缸受桥体自重作用,无杆腔液压油回流至油箱,油缸缩回,栈桥下降。下降速度也是通过Y4电磁流量控制阀控制,由快速至慢速。
(3)随动:栈桥搭接在渡船甲板上后,受在潮水涨落和装载重量变化,需要随船上下活动。因此,液压油路中设计了Y3电磁换向阀,需要随动时,通过该阀,接通油缸有图2 汽车活动栈桥液压系统原理图
杆腔和无杆腔的油路,实现油缸自由伸缩动作,随动时,需保持l台电机和泵为工作状态,以满足油缸两腔之间液压油补油需要。
(4)锁定:由于船舶进港、离港作业需要,设计要求栈桥空载时在任何位置均能锁定。油路中,“103.1”、“103.2“12”三个液控单向阀起锁定栈桥的作用。
(5)过载保护:对管路的过载保护为编号“9”的主溢流阀,该阀设定压力为22MPa。对油缸的过载保护为“101.1”、“101.2”两个溢流阀,设定压力为18.7MPa。
(6)失压保护(防泄漏、管路破裂):对管路的失压保护为编号“7.1”、“7.2”、“16”、“17”的压力开关,在油缸上升或下降时,如压力过低(1.5MPa以下),则压力开关发出低压信号,同时电机自动停机并报警。其中“7.1”、“7.2”对主油路失压保护,“16”、“17”对控制的油路失压保护。
1.3 主要设备的选择
(1)电动机
AC380V,三相交流鼠笼式,P=22kW,转速1 450r/min,每座桥配2台电机,一主一备。正常情况2台同时工作,特殊时,1台工作也可驱动栈桥升降
(2)泵:采用2台定量轴向柱塞泵,最大工作压力40MPa,额定排量Q=441/min,容积32ccm。
(3)油缸:采用Rexroth专利技术生产的陶瓷油缸,缸径320cm,活塞杆径220cm,行程2 500mm。伸缩速度均为0.5m/min。单缸最大推力1 500kN。
(4)阀件和管件:除做为安全阀使用的溢流阀等标准阀件及室外油缸附属阀件外,其它阀件都采用整体铸造技术构造阀块,做到无管路连接。管件采用不锈钢材料制作。
(5)附属设备:栈桥液压系统附属设备配备有:1 000L液压油箱、冷却器、注油/回油过滤器液位计、压力/温度传感器、压力/温度表、空气滤清器以及安装检修时的手摇泵1台。
2.旅客活动栈桥
2.1 栈桥设计的基础参数和要求
(1)操作过程:旅客栈桥的操作过程与汽车栈桥相同,只是最大俯仰角不同(图4)。
(2)主要参数:①活动范围以水平线为基准,桥体向上27°,向下10°;②桥体从-10°~+27°(即最低至最高位置)为3min;③每个油缸所需推力约250kN。
2.2 液压系统设计方案
旅客栈桥需要实现的操作功能和安全保护措施与汽车栈桥相同,即栈桥起升、下降、锁定以及随船活动,管路泄漏失压保护和过载保护。因此,旅客栈桥液压设计方案的原理与汽车栈桥相似,不再详细介绍各操作的流程。
3.汽车及旅客活动栈桥液压系统实际使用效果
汽车、旅客活动栈桥液压系统由德国Rexroth公司制造,于2002年9月出厂,经过约3个月的安装调试期,于2003年1月开始试运营。
安装调试期间对栈桥的各项指标进行了测试,测试结果表明,液压系统的设计完全满足4个主要操作功能和2个安全保护的要求。栈桥升降、锁定、随动等动作平稳;工作状态下噪声、油温正常,液压泵站室内的噪声在70dB内,环境温度在15℃时,观测油温未超过30℃(超过35℃时,冷却器可自动开始工作);连续一夜在最高位置进行锁定测试,测试结果表明无明显下落,说明管路密封性能较好,无泄漏问题;对其进行过载保护测试,主溢流阀反应迅速、动作平稳、可靠。
目前, 汽车和旅客栈桥的液压系统验收已完成,设计、施工、监理及用户等参加验收的各单位均认为由Rexroth公司制造的液压系统达到了设计要求。
