□楊 立 □毛明令 □李 鵬

（1 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司；2 河南省水利水電工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)監(jiān)督站）

1 概述

河南河口村水庫(kù)壩址位于黃河一級(jí)支流峽谷段出口五龍口以上9.00km 的濟(jì)源市境內(nèi)，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水、發(fā)電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐。主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、泄洪洞、溢洪道及引水發(fā)電洞等。其中泄洪洞有兩條，分別為1#泄洪洞和2#泄洪洞。2×2500kN固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)裝設(shè)在2#泄洪洞291.00m 高程的機(jī)房?jī)?nèi)，用于啟閉2#泄洪洞事故檢修閘門，閘門運(yùn)行條件為動(dòng)閉靜啟。

2 啟閉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)及主要技術(shù)條件

根據(jù)河口村水庫(kù)啟閉設(shè)備采購(gòu)技術(shù)文件，啟閉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和主要技術(shù)條件如下：?jiǎn)㈤]機(jī)為雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)，吊點(diǎn)距為4.80m，啟閉容量為2×2500kN，啟閉揚(yáng)程為68.00m。啟閉機(jī)采用兩吊點(diǎn)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的布置方式，兩吊點(diǎn)的電機(jī)通過(guò)剛性中間軸聯(lián)接，確保雙吊點(diǎn)同步運(yùn)行。起升機(jī)構(gòu)采用全封閉齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)鏈末端不使用開式齒輪，也不使用將多臺(tái)減速器串聯(lián)布置方式。

3 啟閉機(jī)方案的選擇比較

通過(guò)上述技術(shù)參數(shù)和技術(shù)條件得知，河口村水庫(kù)2×2500kN固定卷?yè)P(yáng)機(jī)無(wú)疑屬于大容量、高揚(yáng)程、雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)。大容量、高揚(yáng)程啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)方案直接關(guān)系到整機(jī)的性能、布置條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)大容量起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)布置方式有多種，但綜合起來(lái)可分為兩大類，即單卷筒方案和多卷筒方案。一般起重量≤3000kN 時(shí)，常采用單卷筒方案，>3000kN 時(shí)，多采用雙卷筒或四卷筒方案，以減小卷筒的尺寸和重量。河口村水庫(kù)工程的2 ×2500kN 啟閉機(jī)單吊點(diǎn)最大起重量<3000kN，故單個(gè)吊點(diǎn)起升機(jī)構(gòu)采用單卷筒布置方案。

單卷筒起升機(jī)構(gòu)的布置方案也有多種，目前常見(jiàn)的、應(yīng)用最廣泛的是卷筒端帶有一級(jí)開始齒輪的開式傳動(dòng)方案一，見(jiàn)圖1。其主要優(yōu)點(diǎn)是減速機(jī)的尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，選用標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)即可滿足傳動(dòng)要求，視覺(jué)效果美觀，便于布置機(jī)架梁系，四角受力相對(duì)均衡，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的布置方案，一般用在低速、重載和使用不頻繁的機(jī)構(gòu)中。缺點(diǎn)是開式齒輪工作條件較差，齒輪潤(rùn)滑條件不好，易磨損，維護(hù)工作量較大，環(huán)境易受污染。此方案因帶有開式齒輪，并不適合河口村水庫(kù)工程的卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)必須采用閉式齒輪傳動(dòng)的要求。

方案二是將上述方案一中的開式齒輪與減速機(jī)合二為一，組成一臺(tái)大型減速機(jī)，卷筒直接支承在減速機(jī)的低速軸上的閉式傳動(dòng)方案，見(jiàn)圖2。該方案克服了方案一存在的缺點(diǎn)，但減速機(jī)的中心距明顯加大（有時(shí)幾乎加大一倍），除一些中、小型門機(jī)可選到標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)外，通常會(huì)大到無(wú)成品可選，必須進(jìn)行開發(fā)和研制，給設(shè)計(jì)、制造和安裝增加一定困難，檢修起來(lái)也不甚方便，造價(jià)十分昂貴。

圖2 單卷筒閉式傳動(dòng)方案圖

上述方案各有長(zhǎng)短，雖都可行，但都存在這樣那樣的不足，不能令人滿意。為了能找到更為理想的方案，技術(shù)人員又對(duì)上述方案進(jìn)行了仔細(xì)研究，通過(guò)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，最終得到了一種新方案，即電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)方案三，見(jiàn)圖3。

圖3 電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)方案圖

該方案的突出特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)被置于卷筒的背側(cè)，故稱其為電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)。傳統(tǒng)布置方案中，電動(dòng)機(jī)通常布置在卷筒的前側(cè)（卷筒出繩一側(cè)），即電動(dòng)機(jī)和滑輪組都在卷筒的同一側(cè)。而在電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)方案中，電動(dòng)機(jī)和定滑輪組相對(duì)于卷筒基本對(duì)稱。此方案克服了上述兩種方案存在的各種不足，既能選到標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)，又便于安裝機(jī)械同步軸；既可單吊點(diǎn)使用，又可組合為雙吊點(diǎn)起升機(jī)構(gòu)。且吊點(diǎn)距可以做得很小，同時(shí)，結(jié)構(gòu)布置也比較緊湊，下部的梁系布置較方便，平面視覺(jué)效果也較好。故河口村水庫(kù)工程所有的卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)均采用了電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)，與河口村水庫(kù)啟閉設(shè)備采購(gòu)技術(shù)文件相符。

電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)方案突出優(yōu)點(diǎn)是大幅度減小了減速機(jī)的尺寸。以2 ×2500kN 卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)為例，按照電機(jī)背置的閉式傳動(dòng)布置方案，2 ×2500kN 起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)的總中心距長(zhǎng)度只需1700mm。如按照方案二，在主要參數(shù)基本相同的情況下，起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)的總中心距最小需要3300mm。兩者相比可以看出，采用電機(jī)背置式起升機(jī)構(gòu)時(shí)，減速機(jī)的總中心距減小幅度達(dá)到了50%左右，其結(jié)果相當(dāng)可觀。

目前，國(guó)內(nèi)浙江東力公司生產(chǎn)的系列硬齒面減速機(jī)的最大中心距為1785mm，最大輸出扭矩872000N·m。可滿足電機(jī)背置式起升機(jī)構(gòu)對(duì)減速機(jī)的選擇需求。

與采用單臺(tái)超大型減速機(jī)的起升機(jī)構(gòu)相比，方案三的減速機(jī)投資可節(jié)約50%左右。河口村水庫(kù)工程的1 臺(tái)2 ×2500kN 固定卷?yè)P(yáng)機(jī)共選用浙江東力公司生產(chǎn)的DLH4SH26 硬齒面減速機(jī)2 臺(tái)。兩者相比，其效益非常明顯。

4 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 高揚(yáng)程鋼絲繩纏繞技術(shù)

啟閉機(jī)揚(yáng)程為68.00m，鋼絲繩長(zhǎng)度達(dá)960.00m，屬高揚(yáng)程范疇。鋼絲繩在卷筒上只纏繞1 層時(shí)卷筒直徑和長(zhǎng)度將非常大，甚至超過(guò)門槽的寬度致使鋼絲繩與門槽摩擦損壞。而鋼絲繩在卷筒上多層纏繞時(shí)須確保鋼絲繩由底層向上層平穩(wěn)過(guò)渡，且鋼絲繩每層排列整齊，無(wú)相互擠壓或脫槽等現(xiàn)象。

河口村工程卷筒采用雙折線溝槽技術(shù)，鋼絲繩在卷筒上纏繞三層，配合擋環(huán)使鋼絲繩層間過(guò)渡時(shí)將其抬高；為防止鋼絲繩在纏繞過(guò)程脫槽，嚴(yán)格控制鋼絲繩與卷筒垂直平面夾角在0.30～1.50°之內(nèi)，可確保鋼絲繩在卷筒上多層纏繞均勻，啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足鋼絲繩與門槽尺寸的配合要求。

4.2 全封閉齒輪傳動(dòng)技術(shù)

起升機(jī)構(gòu)采用無(wú)開式齒輪的全封閉齒輪傳動(dòng)，齒輪的制造安裝精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。全封閉結(jié)構(gòu)可采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，齒輪與軸承維護(hù)簡(jiǎn)單。另外，全封閉齒輪傳動(dòng)可降低啟閉機(jī)的高度，減輕卷筒裝置的重量。

4.3 三合一閘門高度指示裝置

閘門高度指示裝置采用主令控制器（針盤式）、絕對(duì)值編碼器（電子式）和顯示儀表三合一形式，使主令控制器和絕對(duì)值編碼器運(yùn)轉(zhuǎn)同步。安裝在卷筒軸的端部可使其有效地避開傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，測(cè)距更加精確。

5 結(jié)語(yǔ)

固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的布置型式看似簡(jiǎn)單，但在實(shí)際應(yīng)用中卻不容易。特別是近年來(lái)大容量、高揚(yáng)程固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的大量采用，對(duì)設(shè)計(jì)者的水平和經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求，要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中能夠結(jié)合實(shí)際情況，認(rèn)真研究比較，不僅要做到設(shè)備整機(jī)性能最優(yōu)，還要能結(jié)合水工建筑物的實(shí)際條件做出最優(yōu)的布置，并努力使啟閉機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到最高，在設(shè)計(jì)中要完全做到這幾點(diǎn)實(shí)屬不易。