对启闭机自动挂梁的改进建议

2014-03-20路芳亭任中伟

水电站设计 2014年1期

路芳亭，任中伟

(中国长江三峡集团公司金属结构设备质量监督检测中心，湖北宜昌 443133)

1 概况

三峡工程闸门及门机经多年运行，2008年发现部分自动挂梁(以下简称抓梁)移轴装置卡阻，销轴表面拉伤；油箱罐上下两部分之间的密封件损坏导致泵站进水；电磁阀受潮后失灵；在检修中发现轴与套的几何尺寸及配合存在问题，支撑环磨损严重并在低温时易断裂；放油不方便等。

针对存在的问题，我们对坝顶现用的多台抓梁移轴装置进行了现场观察、测量及对比，对进水口检修门抓梁使用和维修中出现的问题进行了解，走访了设计和监造单位，综合分析后对三峡进水口检修门抓梁存在的问题提出了改进和优化设计、对使用保养提出了建议。

2 对存在问题的分析

通过对现场出现的问题分析后认为抓梁出现问题的主要原因如下：

(1)移轴装置的销轴与轴套间的配合间隙较小，抓梁需要水下作业，一旦有水中的颗粒进入缸筒中，可能阻塞移轴装置；

(2)另外轴套内表面未进行有效防腐，锈后造成阻塞，严重影响正常穿退销，因此移轴装置结构应进一步优化；

(3)移轴装置的轴端倒角长度较小，为5mm×45°工艺倒角，不能起到导向的作用；

(4)支承环宽度较小，单位承压较大，材料在冬季温度较低时变脆，需要重新选型；

(5)液压泵站的密封问题需要解决，原结构采用径向密封，装配时密封件宜损坏需要加以改进；

(6)结构上缺少一些措施不便于在抓梁使用前检查液压泵站。

3 改进和优化设计建议

以三峡进水口检修门自动抓梁为例。

3.1 销轴的改进和优化设计(见图1)

(1)改进轴端倒角结构。增大轴的穿销端倒角长度，减小角度，建议改为20mm×15°(或20°)，起到运动导向作用。原设计倒角长度仅5mm(5mm×45°)左右(见图1①)。

图1 销轴的改进和优化设计

(3)在轴的非穿销端增加一个防尘圈槽，槽内装“车氏组合密封(孔用直角滑环式组合密封TB1-IIA或其他形式的活塞用密封圈起防尘及刮污作用)，沟槽的尺寸按照所选的密封圈形式设计。孔用直角滑环式组合密封TB1-IIA，适用于水、空气、矿物油、酸、碱等介质(见图1③)。

(4)支承环槽宽度改为25(或20)，原设计宽度15，环槽位置与间隔由设计者确定。支承环与环槽设计参见GB/T15242.4标准(见图1④)。

(5)明确轴表面镀铬层要求，镀乳白铬+硬铬双层铬，每层厚度0.03～0.04，粗糙度0.8，倒角和二端面也要镀络防腐(见图1⑤)。

(6)增加轴的直线度要求(见图1⑥)。

3.2 套筒、支承环及安装平面的改进和优化设计(见图2)

(1)支承环槽宽度改为25(或20)，原设计宽度15(见图2①)。

(3)增加φ320H11与φ360d9的同轴度要求(见图2③)。

(4)增加安装平面与φ360d9垂直度要求(见图2④)。

(5)增加套筒的壁厚以增加刚度，在原结构形式不作太大改动情况下可以到30(原设计为25)；或者在机加工前筒外焊加强筋，消应后进行机加工(见图2⑤)。

(6)增加套筒内表面(或整体)镀铬要求，镀乳白铬，厚度0.05～0.07，粗糙度3.2，镀后保证尺寸精度。套筒镀铬不少设计单位已经应用。增加套筒内表面(或整体)镀铬要求是非常必要的，这可防止因锈蚀造成的卡阻和刮伤(见图2⑥)。

(7)支承环改用耐磨性能和挤压强度较好的材料，如宝色霞板C380，或者比PTFE/青铜性能好的材料。PTFE/青铜弹性和强度不高，检修时发现磨损严重。宝色霞板C380在力士乐公司为三峡泄洪深孔弧门启闭机改造的油缸上使用，在进口的人字门油缸上也是该材料，据力士乐公司技术人员介绍宝色霞板C380的挤压强度很高，垂直材料纹理时达345N/mm2,顺材料纹理时达97N/mm2，拉应力达35N/mm2。

图2 套筒、支承环及安装平面的改进和优化设计

3.3 下吊耳孔、防尘圈及安装平面的改进和优化设计(见图3)

抓梁吊耳孔及安装面的尺寸公差、形位公差、孔的锈蚀情况对穿退销轴影响较大，在改进移轴装置的同时也应对吊耳孔进行改进设计。

(1)吊耳孔增加不锈钢内套。先把不锈钢套压入吊耳板，然后端面焊接或用其它方法固定，再把吊耳板焊到抓梁上，消应后加工φ320H11、φ360H9、防尘圈槽及安装平面。

(2)不锈钢套内装防尘圈，该防尘圈可选活塞杆用往复运动橡胶防尘圈(GB/T10708.3-1999)(见图3②)。

(3)增加安装平面对φ360H9的垂直度要求。

(4)增加φ320H11对φ360H9的同轴度要求。

3.4 油箱罐的改进和优化设计

(1)加大油箱罐顶部的孔并设置干燥剂存放网筒，为此要有相应的结构设计，以方便观察、减少潮气对电磁阀的影响，也能伸手进去处理一些事项(比如放、换干燥剂)，也可以从该孔实现不开上盖加油(见图4)。

图3 下吊耳孔、防尘圈及安装平面的改进和优化设计

图4 油箱罐的改进和优化设计

(2)改上、下箱体的密封方式。原设计是径向密封(截面直径φ8.4)，现改为轴向密封。原结构径向密封不易保证配合表面的加工精度，也不方便安装，安装过程中密封圈就可能被切坏。为了确保密封使用两圈大截面的O型橡胶密封圈，密封圈的截面直径可选8～10mm，按所选密封圈的要求或有关标准严格控制密封圈槽及配合表面的加工精度及粗糙度。

(3)在上、下腔隔板外边缘焊上一个排水管路通向箱外(见图5)。

图5 排水管示意

(4)图5中隔板φA与φB之间的表面建议做成一定的斜度(如1.5∶100)，有利于水流行排水管。

其目的是：a.如果有水漏进去可以通过该管路放出；

b.开盖回装后可以从该管路往箱内输入压力气体，检查密封性。

(5)为了方便放油，建议放油口增加一个截止阀(最好水平安装)。不需放油时截止阀出油口用堵塞堵住并密封，放油时去掉堵塞接上软管即可。使用JB/T978-1977接头截止阀还可以旋转以改变放油位置。另外为防止抓梁下水后挂物，支腿四边可以用钢板封起来。

(6)建议设置油位观察孔。三峡进水口检修门抓梁(属二期工程)的油箱罐是有油位观察孔的，而三期工程的抓梁油箱罐无油位观察孔，使用起来就不太方便。

3.5 其他

(1)梁体外表面的油管，尤其是软管要加硬材质防护，以免刮、撞坏。

(2)油的粘度和清洁度应满足所选用泵、阀的使用要求，油液牌号尽可能与该工程其它液压设备一致。

(3)为减少杂物阻碍应减少抓梁与闸门的接触面，可选用不绣钢材质的支撑条，并在抓梁组装调整到位后焊接。

(4)建议设置抓梁停放支架且具有爬梯功能，以方便抓梁在坝区的停放及系统检修。

4 对用电磁阀换向或用双向电机双向泵换向的分析

4.1 用电磁阀换向

用电磁阀换向是“油箱—泵—电磁换向阀—缸(或马达)—油箱”这样的开式回路。用电磁阀换向简单、操作方便，换向阀有中位能方便的实现销轴的穿、退、停动作，发热少。三峡液压抓梁移轴装置均采用这种工作原理，也是目前普遍采用的。

4.2 用双向电机双向泵换向(原理见图6)

图6 双向电机双向泵换向原理示意

据了解20年前某工程的液压抓梁就用了这种原理，由于阀块是生产单位自己设计制造的，制造质量得不到保障造成经常出现故障，后来改成了电磁阀换向。近几年葛洲坝和其他单位的改造项目或新设计的液压抓梁也采用这种原理，油缸的油直接回到泵的吸油口，仅从油箱补充少量油，油箱可以减小，原理与电动液压推杆原理一样，所用的泵、单向阀、溢流阀均装在一个块体上构成复合双向泵。国内“淮安市南方液压机械有限公司”有产品，该产品是为电动液压推杆生产的，葛洲坝机械厂机械研究所把它用在抓梁上，据了解该类产品目前尚无进口件。

这种原理结构也不复杂，取消了宜受潮气影响的电磁换向阀，关键是复合双向泵阀组质量的可靠性。目前双向电机的换向性能及改造后的抓梁使用情况还有待进一步了解和验证，原理也应进一步完善，如增加测压接头等。