陸海軍 楊美潔

（中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司 廣東廣州 510610）

1 工程概況

隨著啟閉機技術(shù)的大力推廣及應(yīng)用，門式啟閉機在水利、水電建設(shè)，火電建設(shè)，航運建設(shè)，港口運輸上的應(yīng)用越來越廣。連江西牛航運樞紐工程地處廣東省連江下游，位于西牛鎮(zhèn)上游3km處，上距架橋石樞紐12.3km，下距連江口35.4km。電站廠房為擋水建筑物的一部分，廠房進水口在約90m長度的大壩范圍內(nèi)布置有3臺3.3MW燈泡貫流式機組，呈一列式布置，3臺機組共設(shè)3扇進水口檢修閘門和3扇攔污柵。在電站廠房進水口平臺頂部38.5m高程，設(shè)置了一臺2×800kN雙向門式啟閉機（以下簡稱門機），運行在整個廠房段約88m長度范圍內(nèi)。

門機主小車起升機構(gòu)設(shè)有高低兩種起升速度，高速用于啟閉液壓清污耙斗進行清污，低速用于啟閉進水口檢修閘門和攔污柵。閘門、攔污柵在水下的自動掛脫分別通過進水口檢修閘門液壓自動抓梁、攔污柵液壓自動抓梁來完成。廠房機電設(shè)備的卸車和吊運安裝通過主起升機構(gòu)配平衡梁來進行。

2 總體設(shè)計

2.1 主要組成部分

門機主要由以下部分組成：主小車、大車走行機構(gòu)、門架、副起升機構(gòu)、司機室、電纜卷筒、夾軌器、小車供電裝置、液壓自動抓梁、平衡梁、液壓清污耙斗、軌道、電氣設(shè)備等，如圖1所示。

2.2 主小車

主起升機構(gòu)、小車走行機構(gòu)、小車架、小車罩、檢修吊、小車錨定裝置、夾軌器等組成主小車。主小車移動方向平行于水流向并與門機大車軌道垂直。

圖1 門機總圖

2.2.1 主起升機構(gòu)

主起升機構(gòu)采用雙卷筒同軸線分別驅(qū)動布置方案，兩套起升機構(gòu)各自有一臺電動機通過高速軸帶動減速器，減速器低速軸驅(qū)動開式齒輪，通過開式齒輪變速后，驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，收放纏繞在卷筒上的鋼絲繩，帶動動滑輪裝置、液壓自動抓梁及閘門上升或下降。起升減速器采用中硬齒面起重機用底座式減速器傳動，齒輪齒面接觸強度較傳統(tǒng)軟齒面減速器大有提高。在啟閉機重載運行時，能夠有效避免減速器齒輪點蝕和膠合破壞的產(chǎn)生，設(shè)備的安全和可靠性得到提高。兩套起升機構(gòu)在減速器低速軸處用聯(lián)軸器剛性聯(lián)接，保證雙吊點在運行過程中機械同步。減速器高速軸上，設(shè)置了一套工作制動器，采用電力液壓塊式制動器。主起升機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主起升機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表

主起升機構(gòu)要求設(shè)兩檔運行速度，運行速度差別較大。設(shè)計中原來考慮采用雙速電機，直接啟動，通過切換電動機的兩個不同繞組，實現(xiàn)變速。但存在以下缺點：每檔速度為固定值，檔與檔之間不能再進行高中低檔的調(diào)速，滿足不了運行要求；直接啟動，電動機電流大，機構(gòu)運行振動大。最終采用了變頻電機加變頻器控制設(shè)計，既能滿足多級調(diào)速要求，又能確保機構(gòu)運行平穩(wěn)。變頻電動機1～50Hz時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，啟閉閘門，50～100Hz時為恒功率調(diào)速，啟閉清污耙斗清污。

主起升機構(gòu)的鋼絲繩采用了螺旋繩槽卷筒單層纏繞的方式。主要考慮以下因素：

（1）總起升揚程30m，屬于中低揚程；

（2）門機承擔(dān)廠房機電設(shè)備的安裝任務(wù)，對雙吊點的同步要求高，采用螺旋繩槽卷筒單層纏繞能更有效保證雙吊點的同步性。

雙吊點啟閉機影響吊點同步因素包括：卷筒的轉(zhuǎn)速、卷筒直徑誤差、鋼絲繩纏繞的不均勻性和鋼絲繩直徑允許偏差等。其中鋼絲繩纏繞的均勻性是關(guān)鍵因素。當卷筒采用多層纏繞時，起升機構(gòu)雙吊點只有在纏繞第一層鋼絲繩時在繩槽的約束和導(dǎo)向下能保持可靠同步。在第二層及以上各層纏繞時，由于沒有了繩槽，不能保證鋼絲繩會纏繞均勻，有可能在某個位置上或在某時出現(xiàn)鋼絲繩跳槽亂繩，兩卷筒出現(xiàn)該現(xiàn)象的位置和時機不一樣，當兩卷筒同時旋轉(zhuǎn)一圈，兩卷筒上纏繞的鋼絲繩的長度是會有差異的，誤差較大時就會引起兩個吊點升降不同步。鋼絲繩纏繞越多層數(shù)，出現(xiàn)不同步的機率和程度就越大，所以為了保證鋼絲繩纏繞均勻應(yīng)選用單層纏繞。同時設(shè)計中還要求對鋼絲繩采取預(yù)拉伸處理措施，目的是消除鋼絲繩內(nèi)部間隙, 使其結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，提高2根鋼絲繩纏繞時的同步精度。

2.2.2 小車走行機構(gòu)

小車走行機構(gòu)采用分別驅(qū)動，共設(shè)4個走行輪，2個主動輪，2個從動輪。主動輪采用〝三合一〞減速裝置全封閉傳動，電動機、制動器、減速機三合一體，電機帶防雨罩。小車走行機構(gòu)中設(shè)置有行程限位裝置、當小車行走至極限位置時，可自動切斷小車走行機構(gòu)的電源來進行限位保護。小車走行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)見表2。

2.3 副起升機構(gòu)

采用CD1 10-24D電動葫蘆作為副起升機構(gòu)，可啟吊壩面上零星物品，啟閉力100kN，總揚程為 24m，啟閉速度 7m/min。電動葫蘆布置在門機上游左側(cè)，可沿門架主梁方向行走，行走速度20m/min。門架上部設(shè)有副起升檢修平臺。

2.4 大車走行機構(gòu)

大車走行機構(gòu)共四組，每組結(jié)構(gòu)型式相同，由走行臺車、支承架、緩沖器、夾軌器、行程開關(guān)等部件組成，分別安裝在四個門腿對應(yīng)的下橫梁下部。每組走行機構(gòu)由一套走行臺車通過鉸軸和支承架連接，支承架通過法蘭與門架下橫梁連接。每套走行臺車由一個主動輪和一個從動輪組成，每個主動輪的驅(qū)動裝置采用一套 TAF“三合一”減速器全封閉傳動。大車走行機構(gòu)共設(shè)走行車輪8個，其中主動輪4個，從動輪4個。大車走行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表2 小車走行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表

表3 大車走行機構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表

2.5 門架

門架由上平臺、門腿、下橫梁、中橫梁、梯子和欄桿平臺等構(gòu)件組成。它們之間構(gòu)成三個互相垂直、各節(jié)點為剛性的空間框架。主框架即軌距平面，由主梁、門腿組成為∏型；側(cè)框架即基距平面，由端梁、門腿及下橫梁組成等腰梯形；上平臺框架由主梁及端梁組成的矩形框架。

為了制造、運輸、安裝方便，端梁與主梁之間采用高強螺栓連接。門腿上端與上平臺之間采用單片法蘭焊接，下端與下橫梁之間采用雙法蘭螺栓連接。中橫梁與門腿之間采用高強度螺栓連接。梯子和欄桿平臺等安裝時現(xiàn)場焊接。

2.6 液壓自動抓梁和平衡梁

液壓自動抓梁采用全行程液壓自動穿軸型式，由自動抓梁體、液壓穿軸裝置、液壓泵站裝置及管道、檢測裝置、電控設(shè)備等組成，其上吊耳與主起升機構(gòu)動滑輪組連接，下吊耳設(shè)有液壓穿軸裝置，以實現(xiàn)該自動抓梁與閘門間的自動穿軸與退軸。液壓自動抓梁采用電纜卷筒供電，電纜卷筒可自動保持與起升機構(gòu)吊具的同步升降。

平衡梁配 500kN吊鉤用于電站機電設(shè)備的垂直進廠吊運及安裝。

2.7 液壓清污耙斗

液壓清污耙斗由耙斗架、油箱、油缸、轉(zhuǎn)耙和鏟齒等組成，通過油缸活塞桿的伸縮帶動轉(zhuǎn)耙轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)抓取和釋放污物。耙斗容積8m3,耙斗寬度8.85m，吊點距為4.5m，可直接與主起升機構(gòu)的動滑輪連接。液壓清污耙斗與液壓自動抓梁共用電纜卷筒供電。

3 運行和設(shè)計特點

3.1 運行特點

門機的大車走行機構(gòu)、小車走行機構(gòu)、主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、檢修吊、液壓清污耙斗機構(gòu)之間均兩兩互為閉鎖，防止誤操作，其中任一機構(gòu)工作時，其余機構(gòu)均閉鎖。門機主要操作都在司機室內(nèi)進行。

門機設(shè)小開度行程（200mm）預(yù)置，滿足充水閥行程要求。

鋼絲繩纏繞方式、動滑輪裝置、液壓自動抓梁滿足閘門操作和閘門門槽尺寸要求。

門機大車及小車走行荷載限定為2×400kN，當超載時，走行機構(gòu)將自動斷電停止。

3.2 設(shè)計特點

為了保證啟動、制動、運行平穩(wěn)，門機主起升機構(gòu)采用了變頻調(diào)速設(shè)計，電動機使用變頻電機，重載時低速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（1～50Hz），輕載時高速采用恒功率調(diào)速（50～100Hz）；變頻電機加變頻器的控制方式，實現(xiàn)了主起升機構(gòu)無級變速的啟閉功能。

門機主起升機構(gòu)采用了螺旋繩槽卷筒鋼絲繩單層纏繞等措施，使鋼絲繩在卷筒上均勻纏繞，保證了雙吊點的同步性，確保了起升機構(gòu)的安全運行。

門機的小車、大車走行機構(gòu)均采用了“三合一”減速裝置，電動機、制動器、減速機三合一體，該裝置具有模塊化設(shè)計、傳動比范圍廣、安裝形式多樣、強度高、體積小、使用壽命長、噪聲低、傳動效率高、維護方便等特點。

連江西牛航運樞紐工程2×800kN雙向門式啟閉機已制造安裝完畢，并通過驗收，投入使用多年，至今運行良好，設(shè)備應(yīng)用結(jié)果表明，門機的設(shè)計是成功的，可為今后同類型的設(shè)計工作提供參考。

1 成大先. 機械設(shè)計手冊. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

2 張質(zhì)文, 王金諾等. 起重機設(shè)計手冊(第二版). 北京:中國鐵道出版社, 2013.

3 《起重機設(shè)計規(guī)范》(GB/T3811-2008). 中國標準出版社2008.

4 《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》(SL41-2011). 中國水利水電出版社. 2011.