液壓四連桿船閘啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)與研制

陳思宇

（江蘇省淮陰船閘管理所，江蘇 淮安 223001）

在船閘設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要根據(jù)船閘的實(shí)際使用情況進(jìn)行分析，有針對(duì)性地對(duì)船閘進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，全面地掌握船閘運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的水阻力矩及其變化規(guī)律并分析門(mén)體當(dāng)中所存在的動(dòng)態(tài)水力特性，對(duì)液壓四連桿船閘啟閉機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，提高了人字門(mén)啟閉機(jī)在日常運(yùn)行維護(hù)當(dāng)中的可靠性，從而有效提升了船閘技術(shù)。

1 設(shè)計(jì)概況

在該文當(dāng)中，筆者首先對(duì)液壓四連桿的啟閉機(jī)原理進(jìn)行了全面地了解，對(duì)船閘的人字門(mén)設(shè)備進(jìn)行分析，應(yīng)用三角閘門(mén)和一字閘等多種方式對(duì)船閘進(jìn)行改進(jìn)，其改進(jìn)部分主要包括了工作機(jī)構(gòu)、液壓缸和泵站這3個(gè)部分。液壓四連桿啟閉機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，主要是在一個(gè)平面絲桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，該平面絲桿機(jī)構(gòu)由曲柄AB、連桿BC、搖桿CD和機(jī)架桿AD這4個(gè)連桿組成，在船閘機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于四桿機(jī)構(gòu)的外形和基本形式存在著很大的差異，需要根據(jù)起閉閘門(mén)的實(shí)際需求進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。其中大齒輪是油缸活塞桿和齒條驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接的主要設(shè)備，曲柄通過(guò)主動(dòng)桿與大齒輪進(jìn)行固定連接。搖桿主要可以對(duì)閘門(mén)的門(mén)體與建筑物機(jī)房和大地進(jìn)行連接。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)系當(dāng)中可以分析得出，曲柄本身在做出勻速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，需要保證搖桿本身的不均勻旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如圖1所示。

人字門(mén)的理想運(yùn)行狀態(tài)是閘門(mén)門(mén)體在運(yùn)行到兩端部分時(shí)，運(yùn)行中間部位時(shí)速度較快，進(jìn)行至兩端時(shí)速度相對(duì)較慢，在速度方面呈現(xiàn)出了平穩(wěn)變化的現(xiàn)象，在沒(méi)有任何調(diào)速措施的情況下，四桿機(jī)構(gòu)作為船閘啟閉機(jī)的傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了人字門(mén)設(shè)備的理想工作狀態(tài)。

在人字門(mén)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，筆者根據(jù)人字門(mén)運(yùn)動(dòng)阻力的原型觀測(cè)和試驗(yàn)研究資料來(lái)進(jìn)行科學(xué)有效地分析。發(fā)現(xiàn)在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，人字門(mén)啟閉時(shí)的阻力矩曲線為兩頭大、中間小的馬鞍形，因此需要全面考慮動(dòng)水阻力矩、頂?shù)讟心Σ磷枇亍L(fēng)阻力矩及殘余水位差引起的阻力矩等因素。與此同時(shí)，還要對(duì)門(mén)體本身的運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)際地分析。在對(duì)液壓四連桿啟閉機(jī)分析的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行速度呈現(xiàn)出了兩頭慢但是中間快的現(xiàn)象，造成此種現(xiàn)象的主要原因是由于門(mén)體本身的阻力。這就需要對(duì)液壓缸驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行改進(jìn)，使液壓四連桿啟閉機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)能夠最大限度地發(fā)揮液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

圖1

2 幾何設(shè)計(jì)

四連桿在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮不同的方式和方法，其中主要分為優(yōu)化法和幾何法兩種方式。在該文當(dāng)中，主要以某個(gè)城市的船閘啟閉機(jī)作為主要的研究對(duì)象，該城市的船閘啟閉機(jī)較小，可以利用簡(jiǎn)單且規(guī)范的幾何法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要詳細(xì)分析四桿機(jī)構(gòu)本身所處位置和桿件尺寸參數(shù),利用幾何方式計(jì)算人字門(mén)旋轉(zhuǎn)中心的具體運(yùn)行規(guī)律，并作出相應(yīng)設(shè)計(jì)方案。四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，船閘啟閉機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中的連桿和搖桿之間所呈現(xiàn)出來(lái)的夾角被稱之為傳動(dòng)角，傳動(dòng)角越小，起閉閘門(mén)的有效分力也會(huì)越小。因此在進(jìn)行四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，需要保證良好的傳動(dòng)性能以適應(yīng)傳動(dòng)角的大小變化，在傳遞力矩較大時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況確定其傳動(dòng)距離的大小。

如果閘門(mén)處于全關(guān)和全開(kāi)的位置時(shí)，需要保證兩者的位置處于一條直線并且重合的狀態(tài)，這樣閘門(mén)在運(yùn)行到兩端時(shí)速度為零，以此來(lái)消除啟閉機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)的撞擊現(xiàn)象。另外，針對(duì)門(mén)體變形問(wèn)題，需要根據(jù)平水位和有水位的差來(lái)分析閘門(mén)的關(guān)門(mén)位置，對(duì)于不同狀態(tài)下的門(mén)體變形情況進(jìn)行有針對(duì)性的處理，有效地確定拉門(mén)點(diǎn)位置，保證門(mén)體能夠正常開(kāi)關(guān)。

3 液壓四連桿船閘啟閉機(jī)的研制

上文對(duì)液壓四連桿的船閘啟閉機(jī)進(jìn)行了科學(xué)的分析，在實(shí)際的四連桿的船閘啟閉機(jī)設(shè)計(jì)制造過(guò)程當(dāng)中，我們還需要根據(jù)我國(guó)相關(guān)的法律法規(guī)，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的研究和施工圖紙的設(shè)計(jì)。在該文當(dāng)中，主要以某個(gè)南方城市的船閘設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，在制造的過(guò)程當(dāng)中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)厥〗煌◤d的具體意見(jiàn)，結(jié)合工程的實(shí)際需求對(duì)船閘進(jìn)行科學(xué)的分析和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案在提交到評(píng)審會(huì)評(píng)審合格后，要第一時(shí)間對(duì)船閘液壓四連桿啟閉機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

為了保證工程質(zhì)量，四連桿機(jī)構(gòu)的部件需要在該省的省交通工程公司鎮(zhèn)江機(jī)械廠加工。齒輪、齒條及曲柄方面需要使用鑄鋼件來(lái)制造，其中需要保證齒輪以及齒條傳動(dòng)低速運(yùn)行，齒輪需要利用展成法滾加工，而齒條則需要利用龍門(mén)刨床加工，以保證齒輪、齒條及曲柄的質(zhì)量。在該船閘啟閉機(jī)安裝過(guò)程當(dāng)中，由于本身所存在的曲柄與齒輪是用固定銷(xiāo)聯(lián)結(jié)的，因此對(duì)中心孔的距離尺寸精確度要求較高，因此需要對(duì)齒輪以及曲柄本身的連接方面進(jìn)行銷(xiāo)孔加工，使用專(zhuān)用工夾具并用撞削加工的方式來(lái)最大限度地保證其可互換性的具體需求。

在安裝前，需要保證四桿機(jī)構(gòu)本身位置的準(zhǔn)確性，現(xiàn)階段的水平儀、方框水準(zhǔn)儀、線錘直尺等測(cè)量?jī)x器還不能準(zhǔn)確測(cè)量安裝部件的位置、尺寸。所以，需要在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析之后，反復(fù)測(cè)量各設(shè)備安裝點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。在安裝過(guò)程中，也要根據(jù)前面所提到的每一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)位所處的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的確定，保證每一個(gè)點(diǎn)的精確，有效地避免施工當(dāng)中所出現(xiàn)的偏差，以此來(lái)保證整體工程的質(zhì)量，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益同步發(fā)展的同時(shí)，對(duì)于船閘啟閉機(jī)本身的技術(shù)推廣和創(chuàng)新也可以啟動(dòng)到有效的推動(dòng)作用，更加良好地服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)船閘啟閉機(jī)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，需要根據(jù)實(shí)際情況做出分析，在實(shí)際工程的基礎(chǔ)上使用合理的施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)備的建設(shè)，達(dá)到節(jié)約投資的效果，保證船閘啟閉機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提升其應(yīng)用效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的全面提升。