趙中營(yíng)

摘 要：本文介紹了黃河大河家水電站工程壩頂2×2000/630kN雙向門(mén)機(jī)主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。為節(jié)約布置空間，對(duì)主、副兩套起升機(jī)構(gòu)共用一個(gè)小車(chē)進(jìn)行了多個(gè)方案的比較分析。兩套起升機(jī)構(gòu)順?biāo)鞣较蛞来尾贾?，副起升機(jī)構(gòu)定滑輪組相對(duì)其卷筒中心位于下游，主起升機(jī)構(gòu)定滑輪組相對(duì)其卷筒位于上游方案具有占用空間小，小車(chē)架受力均衡合理，整體造價(jià)較低等特點(diǎn)，可為今后水利工程同類(lèi)門(mén)機(jī)的設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：黃河大河家；雙向門(mén)機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；變頻調(diào)速；定位系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 門(mén)機(jī)主要組成及技術(shù)參數(shù)

2×2000/630kN壩頂雙向門(mén)機(jī)主要由主小車(chē)、門(mén)架、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車(chē)定位系統(tǒng)、夾軌器、電纜卷筒、司機(jī)室和電氣設(shè)備等組成。附屬設(shè)備有液壓自動(dòng)抓梁、軌道及附件等（如圖1所示），其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 門(mén)機(jī)主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主、副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

小車(chē)布置主、副兩套起升機(jī)構(gòu)。主起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)，啟閉容量2×2000kN，采用分別驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一套起升機(jī)構(gòu)，兩套起升機(jī)構(gòu)通過(guò)中間軸剛性連接，確保雙吊點(diǎn)機(jī)械剛性同步。副起升機(jī)構(gòu)為單吊點(diǎn)，啟閉容量630kN，采用單臺(tái)電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。

小車(chē)主、副起升機(jī)構(gòu)均采用封閉傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與減速器的高速軸聯(lián)接，減速器的低速軸直接通過(guò)卷筒聯(lián)軸器與卷筒聯(lián)接。由于在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端取消開(kāi)式齒輪，電動(dòng)機(jī)中心與卷筒中心的間距較小，僅等于減速器的中心距，使相對(duì)于卷筒中心的電動(dòng)機(jī)側(cè)無(wú)法布置定滑輪組及平衡滑輪組，既定滑輪組與電動(dòng)機(jī)相向布置。

2.2 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)額定啟門(mén)力2×2000kN對(duì)門(mén)機(jī)進(jìn)行各種工況的輪壓計(jì)算，大車(chē)車(chē)輪數(shù)量為16、車(chē)輪直徑710mm時(shí)，可滿(mǎn)足車(chē)輪對(duì)軌道及其基礎(chǔ)混凝土的許用承壓應(yīng)力。

大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由支承座、平衡梁、臺(tái)車(chē)裝配、行程限位開(kāi)關(guān)、緩沖器裝置和清軌板裝置等組成。支承座上座板通過(guò)螺栓與門(mén)架下橫梁連接，下部通過(guò)其鉸軸與平衡梁相連接。平衡梁上部與支承座連接，下部2個(gè)鉸心則分別與2個(gè)臺(tái)車(chē)裝配連接。臺(tái)車(chē)裝配由主動(dòng)車(chē)輪裝配、從動(dòng)車(chē)輪裝配和臺(tái)車(chē)架等組成。該種布置形式受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

2.3 門(mén)架

門(mén)架為焊接箱型梁結(jié)構(gòu)，由主框架、側(cè)框架和上框架組成。主梁按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，支腿按框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主梁與端梁之間、支腿與上橫梁、中橫梁之間通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接；支腿和下橫梁之間采用普通螺栓和抗剪塊連接；主梁與支腿則通過(guò)焊縫連接。主梁和門(mén)腿在門(mén)機(jī)順大車(chē)軌道方向構(gòu)成主框架，在門(mén)機(jī)垂直于大車(chē)軌道方向由支腿、端梁和上/中/下橫梁構(gòu)成側(cè)框架。由于該門(mén)機(jī)為雙吊點(diǎn)門(mén)機(jī)，吊點(diǎn)距達(dá)7.9m，該門(mén)機(jī)的輪距較軌距（9m）相對(duì)較大，達(dá)13.75m。為避免門(mén)機(jī)因輪距大，起吊邊孔閘門(mén)困難，門(mén)腿為Π型而非常規(guī)八型。該種門(mén)型適合于輪距較軌距大的門(mén)機(jī)。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

3.1 小車(chē)主、副起升機(jī)構(gòu)布置特點(diǎn)

小車(chē)布置一套起升機(jī)構(gòu)，相對(duì)較為簡(jiǎn)單。如果在小車(chē)上布置主、副兩套起升機(jī)構(gòu)，則布置起來(lái)要復(fù)雜得多，需要進(jìn)行方案必選，以確定最優(yōu)方案。

該門(mén)機(jī)主起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)距7.9m。副起升機(jī)構(gòu)為單吊點(diǎn)。主、副起升機(jī)構(gòu)均采用定滑輪中心和電動(dòng)機(jī)中心相對(duì)于各自卷筒中心相向布置方案。共進(jìn)行了4種方案的比選：

（1）方案一：主起升機(jī)構(gòu)位于下游側(cè)，副起升機(jī)構(gòu)位于上游側(cè)。主起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。副起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心位于其卷筒的上游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的下游側(cè)。

（2）方案二：主起升機(jī)構(gòu)位于上游側(cè)，副起升機(jī)構(gòu)位于下游側(cè)。主起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。副起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心位于其卷筒的上游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的下游側(cè)。

（3）方案三：主起升機(jī)構(gòu)位于上游側(cè)，副起升機(jī)構(gòu)位于下游側(cè)。主起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。副起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心位于其卷筒的下游側(cè)，定滑輪中心位于其卷筒的上游側(cè)。

（4）方案四：主、副起升機(jī)構(gòu)在垂直于水流方向一字排列，并排布置。主、副起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中心均位于各自其卷筒的上游側(cè)，其定滑輪中心則相向布置，均位于各自卷筒的下游側(cè)。

方案二與方案三，起升機(jī)構(gòu)在上、下游方向占用空間大，小車(chē)架受力偏向一側(cè)，小車(chē)架及小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)工程量均有所增加，同時(shí)也導(dǎo)致當(dāng)小車(chē)位于門(mén)機(jī)上、下游極限位置時(shí)，門(mén)架兩側(cè)懸臂段加長(zhǎng)，增加了門(mén)架的工程量。

方案四布置的優(yōu)點(diǎn)是小車(chē)順?biāo)鞣较虺叽缧?，缺點(diǎn)是垂直水流方向尺寸大，小車(chē)軌距、門(mén)機(jī)輪距加大，門(mén)架重量增加明顯，同時(shí)導(dǎo)致當(dāng)門(mén)機(jī)運(yùn)行至大車(chē)軌道兩端時(shí)，難以啟吊邊孔閘門(mén)。

方案一克服了方案二、三、四的缺點(diǎn)，占用空間較小，小車(chē)架受力均衡合理。經(jīng)比較分析，選定方案一。詳圖設(shè)計(jì)時(shí)，又對(duì)主、副起升機(jī)構(gòu)布置進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。利用主起升機(jī)構(gòu)雙吊點(diǎn)中心距大的特點(diǎn)，將副起升機(jī)構(gòu)定滑輪中心放在主起升機(jī)構(gòu)定滑輪中心與其卷筒中心之間，即主起升機(jī)構(gòu)定滑輪中心較副起升機(jī)構(gòu)定滑輪中心偏向上游0.6m。同時(shí)考慮主、副起升機(jī)構(gòu)卷筒軸承座支承梁及小車(chē)架吊物孔等的設(shè)置情況，將副起升機(jī)構(gòu)吊點(diǎn)中心向左側(cè)偏移0.4m。

3.2 變頻調(diào)速

門(mén)機(jī)主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)及小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速技術(shù)。主、副起升機(jī)構(gòu)起升速度均為0.2～2.0m/min，變頻范圍5～50Hz。大車(chē)運(yùn)行速度為2～20.0m/min，變頻范圍5～50Hz。小車(chē)運(yùn)行速度為0.6～2.0m/min，變頻范圍15～50Hz。

3.3 大車(chē)運(yùn)行定位系統(tǒng)

大車(chē)行走距離約67m，所操作的閘門(mén)較多，為減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高自動(dòng)化管理水平，在大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)裝設(shè)一套門(mén)機(jī)行走位置測(cè)量與顯示系統(tǒng)。測(cè)量元件為絕對(duì)值編碼器，安裝于車(chē)輪軸上，通過(guò)測(cè)量車(chē)輪的轉(zhuǎn)速并輸出信號(hào)，顯示和控制大車(chē)的位置。同時(shí)在操作系統(tǒng)中設(shè)定各閘門(mén)的位置，或預(yù)置大車(chē)運(yùn)行距離，門(mén)機(jī)到達(dá)設(shè)置地點(diǎn)時(shí)自動(dòng)停機(jī)。該裝置還可在斷電情況下跟蹤門(mén)機(jī)位置。

為防止車(chē)輪打滑等原因造成定位不準(zhǔn)，絕對(duì)型編碼器須安裝在從動(dòng)輪軸上。

結(jié)語(yǔ)

大河家水電站工程進(jìn)水口壩頂2x2000/630kN雙向門(mén)機(jī)已于2013年12 月25日通過(guò)了出廠驗(yàn)收，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。目前正在工地安裝，該門(mén)機(jī)主、副起升機(jī)構(gòu)所采用的布置形式在平面上較為緊湊，同時(shí)避免了各自吊具的相互干涉，節(jié)省了工程造價(jià)，為今后水利工程同類(lèi)門(mén)機(jī)的設(shè)計(jì)可提供有益借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]司健偉.三峽地下電站進(jìn)水塔壩頂雙向門(mén)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].華電技術(shù)，2010，32（02）： 22-25.

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