后拉式启闭机设计探讨

王全斌 王东平

（江河机电装备工程有限公司 北京 100070）

由于弧门启闭机自重大、价格高，启闭机平台在水工建筑物布置上矛盾较多，在一些水电工程后拉式的布置形式也会被采用 （如图1所示）。有的工程中甚至直接采用QPQ系列平门启闭机代替弧门启闭机使用，将卷扬机布置在闸坝后部公路桥下，闸门支铰牛腿顶部平台下；动滑轮组吊具直接与面板后面下主梁的两端相连接，定滑轮设在闸墩顶部，钢丝绳的缠绕布置如图2所示。

图1 后拉式弧门启闭机的布置

后拉式起吊布置，可采用单侧布置，也可采用双侧后拉式或中部后拉式，应因地制宜。由于后拉式启闭机是利用平门启闭机改装而成，其钢丝绳受力方向改变，故应对平门启闭机作相应改动：

（1）原机滑轮组基本上不能采用，需要重新设计滑轮组；

（2）原机卷筒组受力方向是垂直向下的，而今改变为水平斜拉受力方向。故机架地脚螺栓，卷筒支座及其连接螺栓等受力构件，须重新校核强度并考虑加固；

（3）原机架机构也需要局部改变其机构；

（4）原机负荷限制器失去作用，需要重新设计负荷限制器；

（5）钢丝绳从卷筒出来后，水平布置距离较长，需要设置托绳轮及导向轮。

图2 后拉式起吊装置钢丝绳的缠绕

下面就设计过程中应考虑的问题加以说明。

1 机架分析

图3 QPQ启闭机机架结构

图4 主梁、边梁受力示意

图3为QPQ启闭机机架结构图。由于钢丝绳垂直起升，定滑轮组布置在主梁上，主梁受力较大，一般采用箱型结构。主梁、边梁受力简图如图4所示。主梁为两端固结的中间受集中载荷作用的梁，边梁为受两个集中载荷作用的简支梁。

后拉式启闭机钢丝绳水平斜拉受力后，机架受力发生变化，同时由于动滑轮组布置在闸墩顶上。因此QPQ系列启闭机支撑定滑轮的主梁则可以取消，而卷筒支座受力发生变化应在卷筒支座处设置一次梁以加强支座处的刚度及强度，同时边梁受力也发生变化变成偏心受压弯结构梁。机架结构草图如图5所示。

边梁受力简图如图6所示。边梁支座一端受拉另一端受压，同时还承受轴向载荷，计算边梁强度与刚度应按压弯构件给予考虑。

图5 机架结构草图

图6 边梁受力简图

2 卷筒支座分析

QPQ系列启闭机卷筒支座仅承受垂直载荷P。如图7（a）所示。轴承座基本承受压力，连接螺栓基本不受拉力或拉力很少；而后拉式启闭机卷筒承受水平斜拉力作用后受力发生改变 （如图7（b））。支座一侧受拉力作用，另一侧受压力作用，在轴承选材时采用铸件则应考虑拉应力问题。因此连接螺栓为一侧螺栓受拉另一侧螺栓受压，在计算螺栓强度时应按拉力考虑。同时由于有水平载荷，支座一侧应设置剪力块。

图7 QPQ系列启闭机卷筒支座仅承受垂直载荷

3 基础螺栓分析

图8 机架下部一侧设置剪力板示意

QPQ系列启闭机卷筒垂直受载，基础受压力作用，基础螺栓仅起连接固定作用；而作为后拉式启闭机，按照图6受力分析，一边基础螺栓受拉力，另一边基础受压力，因此计算基础螺栓时应按拉力计算其强度；同时为不使螺栓直接因水平载荷而受剪，应在机架下部一侧设置剪力板，以承受水平载荷，如图8所示，这一点是后拉式启闭机设计中应特别注意的问题，同时还应验算整机倾覆定性。

4 负荷限制器的设置

由于QPQ系列启闭机受垂直载荷，因此其负荷限制器的设置在平衡滑轮支座处，采用机械式或电子式都很好布置。也可以设置在定滑轮支座下面采用压式传感器，或者设置在卷筒支座下也可以。后拉式启闭机由于其布置方式改变，定滑轮设置在闸墩上，而一般又不设置平衡滑轮，因此设置机械负荷限制比较困难，可以采用拉式传感器直接装于承载绳上，或者采用压式传感器设置于导向滑轮底座下。

5 其它问题

滑轮组设计时应注意如下问题：

定滑轮组置于闸墩上，应设置较牢固的预埋件，要考虑其受力特殊性，基础螺栓也存在受拉问题；动滑轮组设置在闸门面板后面；平衡滑轮则不设置。因此QPQ系列启闭机上的滑轮组不能使用，需要按实际布置情况重新设计滑轮组。再者为了满足钢丝下挠在水平位置应设托绳轮和必要的导向轮及张紧调绳装置。

以上是后拉式启闭机设计中需要考虑的主要问题，没有述及到的问题与QPQ系列启闭机设计考虑相同，不再重述。

1 胡孝良主编.水工起重机械 ［M］.北京：水利电力出版社，1988.

2 水电站机械设计手册 ［M］.1987.