分淮入沂沭阳闸工程双驱动闭式传动启闭机设计

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(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司， 江苏 扬州 225127； 2.江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮阴 223000； 3.河海大学水利水电学院， 南京 211100)

分淮入沂沭阳闸工程双驱动闭式传动启闭机设计

丁军1，钱帮勇2，丁兆晖3

(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司， 江苏 扬州 225127； 2.江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮阴 223000； 3.河海大学水利水电学院， 南京 211100)

本文结合分淮入沂沭阳闸工程中弧门卷扬式启闭机的设计，对传统的开式传动、单机集中驱动方式和新型的闭式传动、双机驱动方式进行了比较，并具体分析双驱闭式传动启闭机电动机、减速器形式、制动器形式的选择。

分淮入沂； 沭阳闸； 弧门启闭机； 双驱动； 闭式传动； 设计

1 前 言

沭阳闸位于江苏省沭阳县沭城镇以南，为淮河下游分淮入沂工程淮沭新河尾闾之控制工程，该闸建成于1959年10月，为分淮入沂的主要枢纽工程。共25孔，闸孔净宽10.0m，25扇闸门原为钢丝网水泥面板门，1994～1999年经三次加固全部改为梁板实腹式弧形钢闸门，单扇重267kN。启闭机为4×150kN卷扬式(一机开四孔)，通航孔为150kN扬式启闭机。

原节制孔启闭机采用的是一开四的运行方式，布置复杂，安全性差，分散、零乱，不利于管理，同时全闸存在减速机损坏、开式齿轮崩角、磨损严重、启门力不足等问题，根据《水利水电工程金属结构报废标准》(SL 226—98)的有关规定，现有启闭机报废更新。此次设计考虑对原节制孔一开四的4×150kN连动卷扬式启闭机和通航孔启闭机进行更新，统一更新为一开一设置启闭设备的运行方式。型号为QH-2×160kN-12m弧门固定卷扬式启闭机，共计25台套。

2 启闭形式方案设计

在我国水利工程中，弧门卷扬式启闭机大多作为露顶式弧形钢闸门启闭设备，其吊耳大多设置在下主梁与下支臂交接处的面板上，无法设置滑轮组，其余机构组成与平门固定卷扬式启闭机大致相同。在机构布置和驱动方式上，由于弧门卷扬式启闭机自身的特点，在设计方案选择时共有两种：单驱开(闭)式传动和双驱开(闭)式传动。下面结合沭阳闸启闭机的设计方案分别介绍其布置形式及特点。

a.单驱开(闭)式传动形式。该设计方案单边吊点下设置卷筒组，大、小齿轮开式传动副，中间设置一台电动机通过带制动器的联轴器驱动一台减速器，制动器两边出轴(低速轴)通过刚性同步轴分别与两边吊点的开式齿轮副相连，该布置形式单机功率为13kW，成本高，卷扬装置、减速机等重要部件体积大、机架尺寸大，在工作桥上布置凌乱。若采用闭式传动，减速器速比、体积更大，与机座不协调。在沭阳闸孔宽10.0m(孔宽不大)的情况下也不宜采用。

b.双驱开(闭)式传动形式。该设计方案单边吊点下分别设置卷筒组，大、小齿轮开式传动副，电动机和减速器。每套卷扬机构中减速器一端低速轴与开式齿轮副相连，两减速器另一端出轴(低速轴)，通过刚性同步轴相连以保证两套卷扬机构同步运行。该布置形式单机功率为5.5kW，电动机、卷扬装置、减速机等重要部件体积小，在工作桥上对称布置，较美观，但由于采用开式齿轮传动，机架尺寸仍较大。若采用闭式传动，剔除开式齿轮，采用大速比减速器，虽然减速器体积大一些，但机座尺寸小，整体美观协调。在沭阳闸孔宽10m(孔宽不大)的情况下采用双驱闭式传动方案是可行的。

3 双驱闭式启闭机设计

弧门卷扬式启闭机的起升机构主要由减速器、电机、卷筒、滑轮组、制动器以及荷载限制器、开度传感器、机械限位装置等安全设施组成。沭阳闸共25孔，其中，23孔为节制孔，2孔为通航孔。由于节制孔起吊高度满足单边布置双根钢丝绳要求，故节制孔采用门顶设置平衡轮布置双根钢丝绳、吊座到门顶设置单根钢丝绳缠绕形式。通航孔去除门顶钢结构活动胸墙，接高弧形钢闸门，单边采用平衡轮、双根钢丝绳不满足启闭要求，所以采用了单边单根钢丝绳的缠绕形式。对以上两种形式主要从电动机的选择、减速器形式选择和制动器等方面分别进行设计研究：

3.1 电动机的选择

沭阳闸弧门启闭机为双驱动，闭式传动，单机功率小，启闭次数不多，启门速度适中，在电机选择上采用了YZ、YZR系列电动机，最后根据工程运用实际情况，选用了YZ系列鼠笼式电动机。

电动机的静荷载功率：

Nj=Qv/1000η(kW)

式中Q——单边起升载荷,N;

V——启门速度,m/s;

η——启闭机的总效率。

按照启门速度1.45m/min，单边起升载荷160kN，计算Nj=4.4kW。按工作级别Q2-轻，JC25%,选择电动机YZ160M1,功率5.5kW，电机转速905r/min。

3.2 减速器形式的选择

目前常用的减速器有ZFY型硬齿面圆柱齿轮减速器、三环少齿差行星齿轮减速器、摆线针轮减速机、三环改型齿轮连环少齿差减速器。普通固定卷扬启闭机通常采用ZFY型大传动比减速器，三级传动，但其最大传动比只可达到500，远远不能满足此次设计要求。三环少齿差行星齿轮减速器虽然传动比大(在理论上可达到1500)，但由于体积较大、重量较重、高速运转平稳性差，扭矩小、转速增高时，传动效率降低。因此，单独使用三环少齿差行星齿轮减速器也不能满足设计要求。摆线针轮减速器由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相齿合，以组成齿差为一齿的内齿合减速机构，减速器体积小、结构紧凑，但无自锁，输出轴不能承受大的轴向力和径向力，速比大时，效率低。三环改型齿轮连环少齿差减速器是在三环少齿差传动的理论基础上开发研制的一种新型减速传动装置，其将渐开线圆柱齿轮传动与少齿差传动配合使用，克服了两种传动方式的缺点，具有传动比大(标准传动比可达2250，最大传动比可达到2 500以上)、承载能力大、结构紧凑、重量轻、扭矩大、传动效率高、使用寿命长、维修方便的特点。

减速器传动比：

ic=n/nj

式中n——电动机额定转速，r/min；

nj——卷筒转速，r/min。

按照电动机转速905r/min，卷筒转速由于节制孔和通航孔启闭机卷筒直径不同而不一样，节制孔卷筒转速0.77r/min，通航孔卷筒转速0.58r/min，其传动长分别为1200、1600。

该工程选用传动比分别为1200、1600 的三环改型齿轮连环少齿差减速器作为减速装置，代替常规减速装置，达到了大传动比、大扭矩的要求，满足了启闭速度1.45m/min 的要求，减小了启闭机的体积，节省了工作桥启闭机房的空间。

3.3 制动器形式选择

卷扬式启闭机所用制动器的形式很多，视制动力矩和使用情况而定，主要有电磁铁制动器、电力液压制动器和电磁液压制动器。

制动力矩：

Mt≥2QDoη/2i

式中Q——单边启门力,kN；

D0——卷筒名义直径，m；

η——启闭机的总效率；

i——启闭机总传动比。

根据计算Mt=80，选择YWZ5-200/23电力液压块式制动器。由于节制孔启闭不多，长时间处于开启或关闭状态，采用双驱双制动满足安全工作要求；对于通航孔，由于有通航要求，为了安全起见，在机构设置中，单边除各设置一套YWZ5-200/23型工作制动器外，还另设置了一套安全制动器。安全制动器采用盘式制动器，安装在卷筒一端，实现卷筒制动。

4 结 语

分淮入沂沭阳闸工程为大(Ⅰ)型水闸，外形体量大、壮观，为淮河下游分淮入沂工程淮沭新河尾闾之控制工程。在满足工程运行调度和工程安全的前提下，采用了双驱、闭式传动、三环改型齿轮连环少齿差减速器对称集中布置形式。经过认真研究比较，发现机架整体尺寸是最小的，工作是安全可靠的。希望对于今后类似工程在弧门卷扬式启闭机机构布置，尽量减小启闭机房宽度设计上有一定的借鉴。

[1] 蔡正坤.闸门与启闭机[M].北京：水利电力出版社,1988.

[2] 水电站机电设计手册:金属结构(二)[M].北京：中国水利电力出版社,1988.

[3] SL 41—2011 水利水电工程启闭机设计规范[S].

[4] 中国标准出版社第三编辑室.起重机常用标准汇编[G].北京：中国标准出版社,2011.

[5] GB/T 3811—2008 起重机设计规范[S].

[6] 李谷音.港口起重机械[M].北京：人民交通出版社,2004.

[7] GB 12602—2009 起重机械超载保护装置[S].

Dual-driving Enclosed Drive Hoist Design for Huai-Shu River Diversion Shuyang Floodgate Project

DING Jun1, QIAN Bang-yong2, DING Zhao-hui3

(1.JiangsuSurveyingandDesignInstituteofWaterResourcesCo.,Ltd.,Yangzhou225127,China；2.JiangsuHuaihe-ShuNewRiverAdministrativeOffice,Huaiyin223000,China；3.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineeringofHohaiUniversity,Nanjing211100,China)

The traditional exposed driving and stand-alone centralized driving modes are compared with the new-type enclosed-drive and dual-unit driving modes based on the design of arc gate lifting hoist in the Huai-Shu River Diversion Shuyang Floodgate Project; the specific analysis is done for selection of dual-drive enclosed drive hoist motor, reducer and brake types.

Huai-Shu River Diversion; Shuyang Floodgate; arc gate hoist; dual-drive; enclosed drive; design

TV52

A

1005-4774(2014)07-0032-03