后拉式啟閉機設計探討

王全斌 王東平

（江河機電裝備工程有限公司 北京 100070）

由于弧門啟閉機自重大、價格高，啟閉機平臺在水工建筑物布置上矛盾較多，在一些水電工程后拉式的布置形式也會被采用 （如圖1所示）。有的工程中甚至直接采用QPQ系列平門啟閉機代替弧門啟閉機使用，將卷揚機布置在閘壩后部公路橋下，閘門支鉸牛腿頂部平臺下；動滑輪組吊具直接與面板后面下主梁的兩端相連接，定滑輪設在閘墩頂部，鋼絲繩的纏繞布置如圖2所示。

圖1 后拉式弧門啟閉機的布置

后拉式起吊布置，可采用單側布置，也可采用雙側后拉式或中部后拉式，應因地制宜。由于后拉式啟閉機是利用平門啟閉機改裝而成，其鋼絲繩受力方向改變，故應對平門啟閉機作相應改動：

（1）原機滑輪組基本上不能采用，需要重新設計滑輪組；

（2）原機卷筒組受力方向是垂直向下的，而今改變為水平斜拉受力方向。故機架地腳螺栓，卷筒支座及其連接螺栓等受力構件，須重新校核強度并考慮加固；

（3）原機架機構也需要局部改變其機構；

（4）原機負荷限制器失去作用，需要重新設計負荷限制器；

（5）鋼絲繩從卷筒出來后，水平布置距離較長，需要設置托繩輪及導向輪。

圖2 后拉式起吊裝置鋼絲繩的纏繞

下面就設計過程中應考慮的問題加以說明。

1 機架分析

圖3 QPQ啟閉機機架結構

圖4 主梁、邊梁受力示意

圖3為QPQ啟閉機機架結構圖。由于鋼絲繩垂直起升，定滑輪組布置在主梁上，主梁受力較大，一般采用箱型結構。主梁、邊梁受力簡圖如圖4所示。主梁為兩端固結的中間受集中載荷作用的梁，邊梁為受兩個集中載荷作用的簡支梁。

后拉式啟閉機鋼絲繩水平斜拉受力后，機架受力發生變化，同時由于動滑輪組布置在閘墩頂上。因此QPQ系列啟閉機支撐定滑輪的主梁則可以取消，而卷筒支座受力發生變化應在卷筒支座處設置一次梁以加強支座處的剛度及強度，同時邊梁受力也發生變化變成偏心受壓彎結構梁。機架結構草圖如圖5所示。

邊梁受力簡圖如圖6所示。邊梁支座一端受拉另一端受壓，同時還承受軸向載荷，計算邊梁強度與剛度應按壓彎構件給予考慮。

圖5 機架結構草圖

圖6 邊梁受力簡圖

2 卷筒支座分析

QPQ系列啟閉機卷筒支座僅承受垂直載荷P。如圖7（a）所示。軸承座基本承受壓力，連接螺栓基本不受拉力或拉力很少；而后拉式啟閉機卷筒承受水平斜拉力作用后受力發生改變 （如圖7（b））。支座一側受拉力作用，另一側受壓力作用，在軸承選材時采用鑄件則應考慮拉應力問題。因此連接螺栓為一側螺栓受拉另一側螺栓受壓，在計算螺栓強度時應按拉力考慮。同時由于有水平載荷，支座一側應設置剪力塊。

圖7 QPQ系列啟閉機卷筒支座僅承受垂直載荷

3 基礎螺栓分析

圖8 機架下部一側設置剪力板示意

QPQ系列啟閉機卷筒垂直受載，基礎受壓力作用，基礎螺栓僅起連接固定作用；而作為后拉式啟閉機，按照圖6受力分析，一邊基礎螺栓受拉力，另一邊基礎受壓力，因此計算基礎螺栓時應按拉力計算其強度；同時為不使螺栓直接因水平載荷而受剪，應在機架下部一側設置剪力板，以承受水平載荷，如圖8所示，這一點是后拉式啟閉機設計中應特別注意的問題，同時還應驗算整機傾覆定性。

4 負荷限制器的設置

由于QPQ系列啟閉機受垂直載荷，因此其負荷限制器的設置在平衡滑輪支座處，采用機械式或電子式都很好布置。也可以設置在定滑輪支座下面采用壓式傳感器，或者設置在卷筒支座下也可以。后拉式啟閉機由于其布置方式改變，定滑輪設置在閘墩上，而一般又不設置平衡滑輪，因此設置機械負荷限制比較困難，可以采用拉式傳感器直接裝于承載繩上，或者采用壓式傳感器設置于導向滑輪底座下。

5 其它問題

滑輪組設計時應注意如下問題：

定滑輪組置于閘墩上，應設置較牢固的預埋件，要考慮其受力特殊性，基礎螺栓也存在受拉問題；動滑輪組設置在閘門面板后面；平衡滑輪則不設置。因此QPQ系列啟閉機上的滑輪組不能使用，需要按實際布置情況重新設計滑輪組。再者為了滿足鋼絲下撓在水平位置應設托繩輪和必要的導向輪及張緊調繩裝置。

以上是后拉式啟閉機設計中需要考慮的主要問題，沒有述及到的問題與QPQ系列啟閉機設計考慮相同，不再重述。

1 胡孝良主編.水工起重機械 ［M］.北京：水利電力出版社，1988.

2 水電站機械設計手冊 ［M］.1987.