對啟閉機自動掛梁的改進建議

路芳亭，任中偉

(中國長江三峽集團公司金屬結構設備質量監督檢測中心，湖北 宜昌 443133)

1 概 況

三峽工程閘門及門機經多年運行，2008年發現部分自動掛梁(以下簡稱抓梁)移軸裝置卡阻，銷軸表面拉傷；油箱罐上下兩部分之間的密封件損壞導致泵站進水；電磁閥受潮后失靈；在檢修中發現軸與套的幾何尺寸及配合存在問題，支撐環磨損嚴重并在低溫時易斷裂；放油不方便等。

針對存在的問題，我們對壩頂現用的多臺抓梁移軸裝置進行了現場觀察、測量及對比，對進水口檢修門抓梁使用和維修中出現的問題進行了解，走訪了設計和監造單位，綜合分析后對三峽進水口檢修門抓梁存在的問題提出了改進和優化設計、對使用保養提出了建議。

2 對存在問題的分析

通過對現場出現的問題分析后認為抓梁出現問題的主要原因如下：

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

(2)另外軸套內表面未進行有效防腐，銹后造成阻塞，嚴重影響正常穿退銷，因此移軸裝置結構應進一步優化；

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

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

(5)液壓泵站的密封問題需要解決，原結構采用徑向密封，裝配時密封件宜損壞需要加以改進；

(6)結構上缺少一些措施不便于在抓梁使用前檢查液壓泵站。

3 改進和優化設計建議

以三峽進水口檢修門自動抓梁為例。

3.1 銷軸的改進和優化設計(見圖1)

(1)改進軸端倒角結構。增大軸的穿銷端倒角長度，減小角度，建議改為20mm×15°(或20°)，起到運動導向作用。原設計倒角長度僅5mm(5mm×45°)左右(見圖1①)。

圖1 銷軸的改進和優化設計

(3)在軸的非穿銷端增加一個防塵圈槽，槽內裝“車氏組合密封(孔用直角滑環式組合密封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計。孔用直角滑環式組合密封TB1-IIA，適用于水、空氣、礦物油、酸、堿等介質(見圖1③)。

(4)支承環槽寬度改為25(或20)，原設計寬度15，環槽位置與間隔由設計者確定。支承環與環槽設計參見GB/T15242.4標準(見圖1④)。

(5)明確軸表面鍍鉻層要求，鍍乳白鉻+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防腐(見圖1⑤)。

(6)增加軸的直線度要求(見圖1⑥)。

3.2 套筒、支承環及安裝平面的改進和優化設計(見圖2)

(1)支承環槽寬度改為25(或20)，原設計寬度15(見圖2①)。

(3)增加φ320H11與φ360d9的同軸度要求(見圖2③)。

(4)增加安裝平面與φ360d9垂直度要求(見圖2④)。

(5)增加套筒的壁厚以增加剛度，在原結構形式不作太大改動情況下可以到30(原設計為25)；或者在機加工前筒外焊加強筋，消應后進行機加工(見圖2⑤)。

(6)增加套筒內表面(或整體)鍍鉻要求，鍍乳白鉻，厚度0.05～0.07，粗糙度3.2，鍍后保證尺寸精度。套筒鍍鉻不少設計單位已經應用。增加套筒內表面(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(見圖2⑥)。

(7)支承環改用耐磨性能和擠壓強度較好的材料，如寶色霞板C380，或者比PTFE/青銅性能好的材料。PTFE/青銅彈性和強度不高，檢修時發現磨損嚴重。寶色霞板C380在力士樂公司為三峽泄洪深孔弧門啟閉機改造的油缸上使用，在進口的人字門油缸上也是該材料，據力士樂公司技術人員介紹寶色霞板C380的擠壓強度很高，垂直材料紋理時達345N/mm2,順材料紋理時達97N/mm2，拉應力達35N/mm2。

圖2 套筒、支承環及安裝平面的改進和優化設計

3.3 下吊耳孔、防塵圈及安裝平面的改進和優化設計(見圖3)

抓梁吊耳孔及安裝面的尺寸公差、形位公差、孔的銹蝕情況對穿退銷軸影響較大，在改進移軸裝置的同時也應對吊耳孔進行改進設計。

(1)吊耳孔增加不銹鋼內套。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，消應后加工φ320H11、φ360H9、防塵圈槽及安裝平面。

(2)不銹鋼套內裝防塵圈，該防塵圈可選活塞桿用往復運動橡膠防塵圈(GB/T10708.3-1999)(見圖3②)。

(3)增加安裝平面對φ360H9的垂直度要求。

(4)增加φ320H11對φ360H9的同軸度要求。

3.4 油箱罐的改進和優化設計

(1)加大油箱罐頂部的孔并設置干燥劑存放網筒，為此要有相應的結構設計，以方便觀察、減少潮氣對電磁閥的影響，也能伸手進去處理一些事項(比如放、換干燥劑)，也可以從該孔實現不開上蓋加油(見圖4)。

圖3 下吊耳孔、防塵圈及安裝平面的改進和優化設計

圖4 油箱罐的改進和優化設計

(2)改上、下箱體的密封方式。原設計是徑向密封(截面直徑φ8.4)，現改為軸向密封。原結構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標準嚴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排水管路通向箱外(見圖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.如果有水漏進去可以通過該管路放出；

b.開蓋回裝后可以從該管路往箱內輸入壓力氣體，檢查密封性。

(5)為了方便放油，建議放油口增加一個截止閥(最好水平安裝)。不需放油時截止閥出油口用堵塞堵住并密封，放油時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。

(6)建議設置油位觀察孔。三峽進水口檢修門抓梁(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油位觀察孔，使用起來就不太方便。

3.5 其他

(1)梁體外表面的油管，尤其是軟管要加硬材質防護，以免刮、撞壞。

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

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

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

4 對用電磁閥換向或用雙向電機雙向泵換向的分析

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)—油箱”這樣的開式回路。用電磁閥換向簡單、操作方便，換向閥有中位能方便的實現銷軸的穿、退、停動作，發熱少。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 用雙向電機雙向泵換向(原理見圖6)

圖6 雙向電機雙向泵換向原理示意

據了解20年前某工程的液壓抓梁就用了這種原理，由于閥塊是生產單位自己設計制造的，制造質量得不到保障造成經常出現故障，后來改成了電磁閥換向。近幾年葛洲壩和其他單位的改造項目或新設計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，僅從油箱補充少量油，油箱可以減小，原理與電動液壓推桿原理一樣，所用的泵、單向閥、溢流閥均裝在一個塊體上構成復合雙向泵。國內“淮安市南方液壓機械有限公司”有產品，該產品是為電動液壓推桿生產的，葛洲壩機械廠機械研究所把它用在抓梁上，據了解該類產品目前尚無進口件。

這種原理結構也不復雜，取消了宜受潮氣影響的電磁換向閥，關鍵是復合雙向泵閥組質量的可靠性。目前雙向電機的換向性能及改造后的抓梁使用情況還有待進一步了解和驗證，原理也應進一步完善，如增加測壓接頭等。

5 對使用的建議

在液壓抓梁產品使用說明書所列使用要求的基礎上建議補充或強調以下內容：

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

(2)每次動作前應清潔銷軸及吊耳孔表面。

(3)每次使用前應檢查干燥劑是否失效，同時排出罐內的水蒸氣(尤其夏季)。

(4)每次使用后應從觀察孔檢查是否進水，或打開排水管堵頭放水，應對銷軸及吊耳孔表面涂油防護。