主溢洪道壩頂門機(jī)機(jī)械自動抓梁的設(shè)計改進(jìn)

鄭 雄 李文祥 胡新霖

喀麥隆曼維萊水電站項目工程位于喀麥隆共和國南部大區(qū)馬鞍境內(nèi)的恩特母河上，裝機(jī)容量211 MW（4×52.75 MW），為喀麥隆最大水力發(fā)電站。喀麥隆曼維萊水電站溢洪道壩頂設(shè)2×160 kN雙向門式啟閉機(jī)1臺。其工作主要用于操作機(jī)械清污抓斗和安放、啟閉主溢洪道上游疊梁檢修閘門。門機(jī)上游側(cè)設(shè)置1套回轉(zhuǎn)吊，起升容量為100 kN，其回轉(zhuǎn)半徑5 m、回轉(zhuǎn)角度+10°～+190°、揚程7.5 m以滿足壩前輔助清污。抓梁上端設(shè)有兩吊耳與起重吊具相連（起重吊具上有活動的銷軸專用于連接吊耳），下端設(shè)有自動抓脫裝置，自動抓梁起吊疊梁檢修閘門時，通過卡體自動掛脫鉤。在原設(shè)計中機(jī)械自動抓梁沒有限位裝置，此次增加限位裝置對機(jī)械自動抓梁進(jìn)行改造。原設(shè)計的機(jī)械自動抓梁只能在無水狀態(tài)下通過機(jī)械自動抓梁上的卡體裝置與疊梁門的吊耳連接發(fā)出聲響才能判斷自動抓梁已經(jīng)完成抓鉤動作。但是在有水狀態(tài)下，機(jī)械自動抓梁就無法通過聲響去判斷是否準(zhǔn)確抓鉤。故在原來的基礎(chǔ)上增加限位裝置，雖然改進(jìn)后的抓梁不再屬于自動抓鉤模式，但在實際操作和應(yīng)用中帶來方便和快捷。

1 原機(jī)械抓梁裝置

機(jī)械抓梁由梁體、側(cè)向?qū)л喲b置、配重裝置、吊耳裝置、滑塊、卡體裝置及限位裝置組成。通過這幾個裝置的相配合共同完成整個抓鉤、脫鉤的過程。

梁體：梁體上的2個吊耳與門機(jī)上的吊鉤通過銷軸連接。梁體不僅作為1個吊具同時也是門機(jī)與疊梁門連接的平衡梁，能夠使門機(jī)與疊梁門上下、左右移動平穩(wěn)。確保了門機(jī)和疊梁門的安全性、可靠性及穩(wěn)定性。

側(cè)向?qū)л喲b置：側(cè)向?qū)л喲b置位于抓梁體左右兩側(cè)，每側(cè)上游上下各裝設(shè)1個導(dǎo)輪，共4個導(dǎo)輪。為了避免導(dǎo)輪與檢修門槽出現(xiàn)硬摩擦，側(cè)向?qū)л喤c檢修門槽的間隙控制在10～15 mm之間。側(cè)向?qū)л喥鸬綄?dǎo)向作用，能使梁體準(zhǔn)確、靈活地在檢修門槽里上下移動同時避免在水下，由于水流或水壓作用造成抓梁偏離，從而導(dǎo)致卡體裝置無法準(zhǔn)確地與疊梁門連接。

配重裝置：是保證梁體是否平衡的重要配置。

滑塊：滑塊位于梁體兩側(cè)，每側(cè)上下游各有2塊，共8塊滑塊。用以保證梁體平穩(wěn)地在門槽內(nèi)，避免因水流水壓緣故，出現(xiàn)晃動。

卡體裝置：卡體裝置位于抓梁體兩側(cè)內(nèi)部，2個卡體中心距是6 800 mm。每個卡體是由對稱的2個銷軸和“7”字型卡板組成。“7”字型卡板頭尖底厚，又因偏心和重量不同，在銷軸的作用下，卡板能夠自由轉(zhuǎn)動3個不同位置（上極限、下極限、自然狀態(tài)）。卡板3個極限位置如圖1所示。

圖1 卡板3個極限位置

2 改進(jìn)后機(jī)械抓梁的工作原理

機(jī)械抓梁的工作原理是卡體裝置與疊梁門的吊耳有2個過程。在抓梁向下抓疊梁門過程中，此時的卡板處于自然狀態(tài)（“八”字型）。卡板碰到疊梁門吊耳上端的“傘”字型時，由于卡板上下兩端的配重不同，通過銷軸自由活動，此時的卡板處于倒“八”字型。繼續(xù)順著吊耳，卡板尖端碰到頂?shù)健皞恪弊中筒垩觾蓚?cè)時，抓梁繼續(xù)往下，使卡板尖端頂住吊耳兩側(cè)，抓梁可以往上抓門。此時屬于抓鉤過程。卡板尖端頂住吊耳兩側(cè)繼續(xù)往下，順著吊耳下端“Y”字型繼續(xù)往下。當(dāng)卡板脫離吊耳時，卡板處于自然狀態(tài)后，抓梁一直往上直至整個抓梁脫離疊梁門吊耳。此時屬于脫鉤過程。抓梁抓鉤、脫鉤過程如圖2所示。

圖2 抓梁抓鉤、脫鉤過程

本次改進(jìn)主要是增設(shè)了限位裝置，以便于抓梁能夠準(zhǔn)確地脫鉤、抓鉤。機(jī)械抓梁是基于原設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)的，改進(jìn)后在抓鉤、脫鉤之前需要人工通過調(diào)整抓梁兩側(cè)的限位裝置上的限位塊來判斷抓梁與疊梁門的狀態(tài)。

從卡體裝置的實際工作情況中得知，原設(shè)計機(jī)械自動抓梁在有水狀況下，很難達(dá)到抓鉤、脫鉤的臨界點，從而也很難實現(xiàn)機(jī)械自動抓梁的自動性。同樣為了實現(xiàn)抓梁的“自動”抓鉤、脫鉤功能，在原設(shè)計中增加限位滑塊，在限位滑塊上鉆3個孔。3個孔分別為上限位、下限位和定位孔。上下限位用Φ30 mm螺桿鎖定，定位孔用Φ10 mm螺桿定位。其中上限位為抓鉤臨界位置；下限位為脫鉤臨界位置；定位螺桿是防止滑塊在切換上下限位時移出抓梁。當(dāng)抓梁抓鉤之前把限位滑塊放下到上限位并鎖定（如圖3所示），成功抓鉤后放進(jìn)檢修閘門之前往上推到下限位并鎖定（如圖4所示），繼續(xù)放進(jìn)門槽直到門機(jī)鋼絲繩松弛后抓梁往上運動。此過程完成了抓鉤、脫鉤的全部過程。

圖3 抓鉤狀態(tài)

圖4 脫鉤狀態(tài)

3 結(jié)語

雙向門式啟閉機(jī)機(jī)械抓梁已應(yīng)用在多方領(lǐng)域，尤其應(yīng)用于港口、礦山、冶金、電站等起重設(shè)備上廣泛應(yīng)用，運用技術(shù)也較為成熟。對于本文提及的由梁體、側(cè)向?qū)л喲b置、配重裝置、吊耳裝置、滑塊、卡體裝置及限位裝置組成1套啟閉機(jī)械抓梁，是通過較為典型的機(jī)械控制系統(tǒng)改進(jìn)的抓梁系統(tǒng)，最終確保了門機(jī)和疊梁門的安全性、可靠性及穩(wěn)定性的運行。

雖然改進(jìn)后的抓梁，不僅可以在有水的狀態(tài)下可靠抓鉤，脫鉤，但還存在著人為操作的“半自動”狀態(tài)，特別在人員技術(shù)水平較為落后的非洲國家，之后的運行維護(hù)保障也難以跟上，因此可靠、便捷、易維護(hù)的機(jī)械自動抓梁的改進(jìn)，還存在較大的提升空間。