集中驅動閉式啟閉機在攔河閘工程中的應用

陳吉亮

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000）

隨著水資源的不斷優化和合理利用，近些年全國各地市修建了大批量的攔河閘，而攔河閘大多采用多孔聯排平面閘或弧形閘門，工程特點為跨度較大，孔數較多，汛期行洪和汛后蓄水操作頻繁。文章以郯城縣重興攔河閘除險加固工程為實際案例，詳述集中驅動閉式啟閉機在攔河閘壩工程中的應用，具有很好的推廣價值。

1 工程概況

郯城縣重興攔河閘除險加固工程位于郯城縣紅花鎮重興社區東側，老沭河樁號48+620（人民勝利堰閘樁號0+000處），工程等別為III等，設計使用年限為50年。水閘閘門為18孔，閘孔寬度為10 m，高度為7 m，河床總寬248.5 m。

水閘處于老沭河河道過彎處，在汛期行洪時過水流量較大且急湍，為保證工程運行安全可靠，閘門啟閉機的型式選擇至關重要，根據設計概況和施工現有工況，經計算，一種集中驅動閉式啟閉機能夠有效控制閘門啟門速度，驅動裝置分布在兩吊點中間，獨立機架連接，在運行時能有效傳導動力，閘門運行同步性更強，電氣控制更加簡潔穩定，有效地解決了汛期行洪的安全有效性。

2 啟閉機設計及計算

2.1 主要零部件的設計及選擇

整個啟閉機由起升機構、保護裝置、機架及電氣控制裝置組成，其主要技術特性見表1。起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒裝置、鋼絲繩、動滑輪、平衡滑輪、聯軸器等。

2.2 主要零部件的計算與選型

1）鋼絲繩計算

額定起門力：Q=250 kN

鋼絲繩最大拉力：Smax=63.78 kN

查GB/T20118-2006《一般用途鋼絲繩》表17選用6X19（a）類鋼絲繩。抗拉強度1 770 MPa，鋼芯直徑為24 mm鋼絲繩。

表1 主要技術特性表

選用：24ZAA 6X19S-IWR1770鋼絲繩，其鋼絲繩破斷拉力為342 kN。

根據鋼絲繩的破斷拉力：F0≥Smax·n

n=F0/Smax=5.36＞5，該鋼絲繩滿足要求。

2）卷筒計算

（1）卷筒尺寸

卷筒型式：雙聯、螺旋槽；卷筒材質：Q235B；卷筒直徑按：D=hd=480 mm；繩槽半徑：R=（0.53～0.6）d=12.72～14.4 mm，取R=13 mm；繩槽深度：H=（0.25～0.4）d=6～9.6 mm，取H=9 mm；繩槽節距：t=d+（2～4）mm=26～28 mm，取t=28 mm；卷筒壁厚：δ=d=24 mm，壁厚取26 mm；選取卷筒長度為1 050 mm。

（2）卷筒強度校核

卷筒材料選為Q235，最小抗拉強度370 MPa，抗壓強度235 MPa。

L/D=2.188＜3

因此，不需要校核彎矩產生的拉應力和合成應力，滿足要求。

3）機構扭矩計算

（1）：鋼絲繩的最大工作靜拉力

F0=T/2=63.78 kN

式中：T為每個吊點的拉力，kN。

（2）：卷筒軸上的扭矩

M1=C×2F0×D0/2=30.61 kN·m

式中：D0=0.48 m，為卷筒名義直徑；C為卷筒上鋼絲繩的根數。

（3）：減速機輸出軸扭矩：

M2=M1/η=62.47 kN·m

式中：η=0.98，為滾動軸承效率。

（4）：減速機輸入軸扭矩：（采用單驅動）

M3=M2/i1η1′=0.207 kN·m

式中：i1=315，為減速機傳動比；η1′=0.96，為減速機傳動效率。

4）電動機選擇

按照減速機輸入扭矩計算電動機功率。

P=M3·n/9550=15 kW

選用YZ200L-8型電動機能滿足要求，電動機特性如下：

P=15 kW

n=697 r/min

啟閉速度：v=D0πn/ai′=1.67 m/min。

5）減速器

條件：電動機額定轉速697 r/min，起升速度1.67 m/min，卷筒直徑0.48。

經計算，所需減速器傳動比為315，低速軸輸出扭矩62.47 kN·m。

故選CHC400-315型硬齒面減速器，傳動比315，低速軸輸出扭矩62.47 kN·m。

6）聯軸器(制動輪)

作用在減速機高速軸上的扭矩為0.207 kN·m。選用LMZ8-I-250型，轉矩710 N·m，許用轉速為2 400 r/min，安全系數1.8，滿足要求。

7）制動器

作用在減速機高速軸上的扭矩為207 N·m，制動器選用YWZ5-315/50最大制動轉矩630 N·m，安全系數1.75，滿足要求。

3 關鍵工藝質量控制要點

3.1 關鍵點的安裝

本工程啟閉機形式為三機架，各零部件的安裝精度直接影響整機運行，預埋件的安裝精度影響后續安裝，特別是驅動裝置在中間，必須保證三機架傳動軸誤差最小，安裝前預埋插筋，采用拉絲放線法對所有預埋板中心位置定位，再進行二次校核。由于跨度較大，安裝時必須設置基準控制點，所有預埋板定位完成在進行高程測量，安裝設備前再次用拉鋼絲法校核各安裝定位孔的直線度和高程。安裝就位后用斜鐵控制基座高程，待整臺設備安裝到位調整完畢后將多余斜鐵撤離，進行基座加固處理，完成后進行空載試運行及各構件的檢測。

3.2 裝配技術要點

本工程采用的集中驅動閉式啟閉機為雙吊點三機架啟閉機，裝配精度直接影響工程運行，在裝配前需組建裝配平臺，首先調整厚鋼板平臺處于水平，根據啟閉機建模尺寸進行放樣，放樣尺寸模擬工程設計尺寸，減速機、制動輪及其他軸與孔的配合公差嚴格按照加工細部圖紙進行裝配，待各零部件裝配完成后進行整機預組裝，零部件固定螺栓預緊度預留10%，全部緊固完畢后進行手動聯機調試，檢查各部件運行情況，用千分尺測量各轉動機構的跳動公差，測量噪音，待全部滿足設計規范要求后最后擰緊各部位螺栓，最后連接電氣控制進行空載試運行，再復核上述參數。

3.3 集中驅動閉式啟閉機安裝工藝流程

施工準備→測量放線→安裝地腳預埋板→拉鋼絲→預埋板劃線→驅動裝置機架安裝→墊鐵調整高程→左右機架安裝→墊鐵調整高程→安裝聯軸器與傳動軸→校準吊點距離及軸線安裝位置→調整→校準安裝高程→調整→再次校準軸線及高程→調整→擰緊螺栓→空載試運行→數據測試→負荷調試→整機調試并校準。

4 各重點工序注意事項

4.1 集中驅動閉式啟閉機要求及做法

預埋件要保持基礎Q點平面水平達到180°，啟閉機底座與基礎布置預埋板件平面的接觸面積要達到90%以上。兩傳動軸軸線要平行閘門頂梁平面軸線，傳動軸及聯軸器每位置吊墜線要與閘板雙吊點中心連線垂直，避免運行存在閘門傾斜狀況，造成閘門受力不均勻，附加外力甚至能導致啟閉機各部件損壞。

安裝啟閉機根據閘門起吊中心線，找正中心使縱橫向中心線偏差不超過±3 mm，高程偏差不超過±5 mm。然后澆注二期混凝土或與預埋鋼板連接。

4.2 啟閉機試運行注意事項

在空載試運行的情況下，保證三相電流不平衡不超過±10%，并測出電流值。上下限位的調節：當閘門處于全閉的狀態時，將上限壓緊上行程開關并固定在鋼絲繩上。當閘門處于全開時，將下限位盤壓緊下行程開關并固定在鋼絲繩上。試運行時應保證閘門開度及升降到上、下限位時的誤差不超過1 cm。安裝后，應對安裝完畢的設備進行空載試運行和負荷試運行，一般采取空載兩個行程，檢查各運轉部件有無異常聲響，檢查安裝精度是否符合精度要求。載荷試運行時，應控制在額定載荷范圍內，觀察集中驅動啟閉機與被驅動閘門的運行情況，檢查有無異常現象。