路芳亭，任中偉

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，湖北 宜昌 443133)

1 概 況

三峽工程閘門(mén)及門(mén)機(jī)經(jīng)多年運(yùn)行，2008年發(fā)現(xiàn)部分自動(dòng)掛梁(以下簡(jiǎn)稱抓梁)移軸裝置卡阻，銷(xiāo)軸表面拉傷；油箱罐上下兩部分之間的密封件損壞導(dǎo)致泵站進(jìn)水；電磁閥受潮后失靈；在檢修中發(fā)現(xiàn)軸與套的幾何尺寸及配合存在問(wèn)題，支撐環(huán)磨損嚴(yán)重并在低溫時(shí)易斷裂；放油不方便等。

針對(duì)存在的問(wèn)題，我們對(duì)壩頂現(xiàn)用的多臺(tái)抓梁移軸裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀察、測(cè)量及對(duì)比，對(duì)進(jìn)水口檢修門(mén)抓梁使用和維修中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了解，走訪了設(shè)計(jì)和監(jiān)造單位，綜合分析后對(duì)三峽進(jìn)水口檢修門(mén)抓梁存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)使用保養(yǎng)提出了建議。

2 對(duì)存在問(wèn)題的分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題分析后認(rèn)為抓梁出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因如下：

(1)移軸裝置的銷(xiāo)軸與軸套間的配合間隙較小，抓梁需要水下作業(yè)，一旦有水中的顆粒進(jìn)入缸筒中，可能阻塞移軸裝置；

(2)另外軸套內(nèi)表面未進(jìn)行有效防腐，銹后造成阻塞，嚴(yán)重影響正常穿退銷(xiāo)，因此移軸裝置結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化；

(3)移軸裝置的軸端倒角長(zhǎng)度較小，為5mm×45°工藝倒角，不能起到導(dǎo)向的作用；

(4)支承環(huán)寬度較小，單位承壓較大，材料在冬季溫度較低時(shí)變脆，需要重新選型；

(5)液壓泵站的密封問(wèn)題需要解決，原結(jié)構(gòu)采用徑向密封，裝配時(shí)密封件宜損壞需要加以改進(jìn)；

(6)結(jié)構(gòu)上缺少一些措施不便于在抓梁使用前檢查液壓泵站。

3 改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)建議

以三峽進(jìn)水口檢修門(mén)自動(dòng)抓梁為例。

3.1 銷(xiāo)軸的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)

(1)改進(jìn)軸端倒角結(jié)構(gòu)。增大軸的穿銷(xiāo)端倒角長(zhǎng)度，減小角度，建議改為20mm×15°(或20°)，起到運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向作用。原設(shè)計(jì)倒角長(zhǎng)度僅5mm(5mm×45°)左右(見(jiàn)圖1①)。

圖1 銷(xiāo)軸的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)

(3)在軸的非穿銷(xiāo)端增加一個(gè)防塵圈槽，槽內(nèi)裝“車(chē)氏組合密封(孔用直角滑環(huán)式組合密封TB1-IIA或其他形式的活塞用密封圈起防塵及刮污作用)，溝槽的尺寸按照所選的密封圈形式設(shè)計(jì)。孔用直角滑環(huán)式組合密封TB1-IIA，適用于水、空氣、礦物油、酸、堿等介質(zhì)(見(jiàn)圖1③)。

(4)支承環(huán)槽寬度改為25(或20)，原設(shè)計(jì)寬度15，環(huán)槽位置與間隔由設(shè)計(jì)者確定。支承環(huán)與環(huán)槽設(shè)計(jì)參見(jiàn)GB/T15242.4標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)圖1④)。

(5)明確軸表面鍍鉻層要求，鍍?nèi)榘足t+硬鉻雙層鉻，每層厚度0.03～0.04，粗糙度0.8，倒角和二端面也要鍍絡(luò)防腐(見(jiàn)圖1⑤)。

(6)增加軸的直線度要求(見(jiàn)圖1⑥)。

3.2 套筒、支承環(huán)及安裝平面的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)

(1)支承環(huán)槽寬度改為25(或20)，原設(shè)計(jì)寬度15(見(jiàn)圖2①)。

(3)增加φ320H11與φ360d9的同軸度要求(見(jiàn)圖2③)。

(4)增加安裝平面與φ360d9垂直度要求(見(jiàn)圖2④)。

(5)增加套筒的壁厚以增加剛度，在原結(jié)構(gòu)形式不作太大改動(dòng)情況下可以到30(原設(shè)計(jì)為25)；或者在機(jī)加工前筒外焊加強(qiáng)筋，消應(yīng)后進(jìn)行機(jī)加工(見(jiàn)圖2⑤)。

(6)增加套筒內(nèi)表面(或整體)鍍鉻要求，鍍?nèi)榘足t，厚度0.05～0.07，粗糙度3.2，鍍后保證尺寸精度。套筒鍍鉻不少設(shè)計(jì)單位已經(jīng)應(yīng)用。增加套筒內(nèi)表面(或整體)鍍鉻要求是非常必要的，這可防止因銹蝕造成的卡阻和刮傷(見(jiàn)圖2⑥)。

(7)支承環(huán)改用耐磨性能和擠壓強(qiáng)度較好的材料，如寶色霞板C380，或者比PTFE/青銅性能好的材料。PTFE/青銅彈性和強(qiáng)度不高，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重。寶色霞板C380在力士樂(lè)公司為三峽泄洪深孔弧門(mén)啟閉機(jī)改造的油缸上使用，在進(jìn)口的人字門(mén)油缸上也是該材料，據(jù)力士樂(lè)公司技術(shù)人員介紹寶色霞板C380的擠壓強(qiáng)度很高，垂直材料紋理時(shí)達(dá)345N/mm2,順材料紋理時(shí)達(dá)97N/mm2，拉應(yīng)力達(dá)35N/mm2。

圖2 套筒、支承環(huán)及安裝平面的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.3 下吊耳孔、防塵圈及安裝平面的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)

抓梁吊耳孔及安裝面的尺寸公差、形位公差、孔的銹蝕情況對(duì)穿退銷(xiāo)軸影響較大，在改進(jìn)移軸裝置的同時(shí)也應(yīng)對(duì)吊耳孔進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

(1)吊耳孔增加不銹鋼內(nèi)套。先把不銹鋼套壓入吊耳板，然后端面焊接或用其它方法固定，再把吊耳板焊到抓梁上，消應(yīng)后加工φ320H11、φ360H9、防塵圈槽及安裝平面。

(2)不銹鋼套內(nèi)裝防塵圈，該防塵圈可選活塞桿用往復(fù)運(yùn)動(dòng)橡膠防塵圈(GB/T10708.3-1999)(見(jiàn)圖3②)。

(3)增加安裝平面對(duì)φ360H9的垂直度要求。

(4)增加φ320H11對(duì)φ360H9的同軸度要求。

3.4 油箱罐的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1)加大油箱罐頂部的孔并設(shè)置干燥劑存放網(wǎng)筒，為此要有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以方便觀察、減少潮氣對(duì)電磁閥的影響，也能伸手進(jìn)去處理一些事項(xiàng)(比如放、換干燥劑)，也可以從該孔實(shí)現(xiàn)不開(kāi)上蓋加油(見(jiàn)圖4)。

圖3 下吊耳孔、防塵圈及安裝平面的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖4 油箱罐的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)

(2)改上、下箱體的密封方式。原設(shè)計(jì)是徑向密封(截面直徑φ8.4)，現(xiàn)改為軸向密封。原結(jié)構(gòu)徑向密封不易保證配合表面的加工精度，也不方便安裝，安裝過(guò)程中密封圈就可能被切壞。為了確保密封使用兩圈大截面的O型橡膠密封圈，密封圈的截面直徑可選8～10mm，按所選密封圈的要求或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制密封圈槽及配合表面的加工精度及粗糙度。

(3)在上、下腔隔板外邊緣焊上一個(gè)排水管路通向箱外(見(jiàn)圖5)。

圖5 排水管示意

(4)圖5中隔板φA與φB之間的表面建議做成一定的斜度(如1.5∶100)，有利于水流行排水管。

其目的是：a.如果有水漏進(jìn)去可以通過(guò)該管路放出；

b.開(kāi)蓋回裝后可以從該管路往箱內(nèi)輸入壓力氣體，檢查密封性。

(5)為了方便放油，建議放油口增加一個(gè)截止閥(最好水平安裝)。不需放油時(shí)截止閥出油口用堵塞堵住并密封，放油時(shí)去掉堵塞接上軟管即可。使用JB/T978-1977接頭截止閥還可以旋轉(zhuǎn)以改變放油位置。另外為防止抓梁下水后掛物，支腿四邊可以用鋼板封起來(lái)。

(6)建議設(shè)置油位觀察孔。三峽進(jìn)水口檢修門(mén)抓梁(屬二期工程)的油箱罐是有油位觀察孔的，而三期工程的抓梁油箱罐無(wú)油位觀察孔，使用起來(lái)就不太方便。

3.5 其他

(1)梁體外表面的油管，尤其是軟管要加硬材質(zhì)防護(hù)，以免刮、撞壞。

(2)油的粘度和清潔度應(yīng)滿足所選用泵、閥的使用要求，油液牌號(hào)盡可能與該工程其它液壓設(shè)備一致。

(3)為減少雜物阻礙應(yīng)減少抓梁與閘門(mén)的接觸面，可選用不繡鋼材質(zhì)的支撐條，并在抓梁組裝調(diào)整到位后焊接。

(4)建議設(shè)置抓梁停放支架且具有爬梯功能，以方便抓梁在壩區(qū)的停放及系統(tǒng)檢修。

4 對(duì)用電磁閥換向或用雙向電機(jī)雙向泵換向的分析

4.1 用電磁閥換向

用電磁閥換向是“油箱—泵—電磁換向閥—缸(或馬達(dá))—油箱”這樣的開(kāi)式回路。用電磁閥換向簡(jiǎn)單、操作方便，換向閥有中位能方便的實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)軸的穿、退、停動(dòng)作，發(fā)熱少。三峽液壓抓梁移軸裝置均采用這種工作原理，也是目前普遍采用的。

4.2 用雙向電機(jī)雙向泵換向(原理見(jiàn)圖6)

圖6 雙向電機(jī)雙向泵換向原理示意

據(jù)了解20年前某工程的液壓抓梁就用了這種原理，由于閥塊是生產(chǎn)單位自己設(shè)計(jì)制造的，制造質(zhì)量得不到保障造成經(jīng)常出現(xiàn)故障，后來(lái)改成了電磁閥換向。近幾年葛洲壩和其他單位的改造項(xiàng)目或新設(shè)計(jì)的液壓抓梁也采用這種原理，油缸的油直接回到泵的吸油口，僅從油箱補(bǔ)充少量油，油箱可以減小，原理與電動(dòng)液壓推桿原理一樣，所用的泵、單向閥、溢流閥均裝在一個(gè)塊體上構(gòu)成復(fù)合雙向泵。國(guó)內(nèi)“淮安市南方液壓機(jī)械有限公司”有產(chǎn)品，該產(chǎn)品是為電動(dòng)液壓推桿生產(chǎn)的，葛洲壩機(jī)械廠機(jī)械研究所把它用在抓梁上，據(jù)了解該類產(chǎn)品目前尚無(wú)進(jìn)口件。

這種原理結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，取消了宜受潮氣影響的電磁換向閥，關(guān)鍵是復(fù)合雙向泵閥組質(zhì)量的可靠性。目前雙向電機(jī)的換向性能及改造后的抓梁使用情況還有待進(jìn)一步了解和驗(yàn)證，原理也應(yīng)進(jìn)一步完善，如增加測(cè)壓接頭等。

5 對(duì)使用的建議

在液壓抓梁產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)所列使用要求的基礎(chǔ)上建議補(bǔ)充或強(qiáng)調(diào)以下內(nèi)容：

(1) 每次油箱罐上蓋被打開(kāi)而重新裝上時(shí)應(yīng)更換密封圈，必須充氣試壓，檢查密封性。

(2)每次動(dòng)作前應(yīng)清潔銷(xiāo)軸及吊耳孔表面。

(3)每次使用前應(yīng)檢查干燥劑是否失效，同時(shí)排出罐內(nèi)的水蒸氣(尤其夏季)。

(4)每次使用后應(yīng)從觀察孔檢查是否進(jìn)水，或打開(kāi)排水管堵頭放水，應(yīng)對(duì)銷(xiāo)軸及吊耳孔表面涂油防護(hù)。