某水利枢纽工程固定卷扬启闭机设计制造要点

2014-12-08苏栋华电郑州机械设计研究院有限公司河南郑州450000

中国科技纵横 2014年19期

苏栋(华电郑州机械设计研究院有限公司,河南郑州 450000)

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我国水利工程建设不断增多的同时,在施工中对于水利工程技术的要求也越来越高。一般来说,水利水电工程所用启闭机主要由固定卷扬式启闭机、液压启闭机以及移动式启闭机等。本文中,就固定卷扬启闭机在其设计时一些主要部件的设计思路作了简要的介绍,并分析了固定卷扬启闭机在设计制造过程中的控制要点。此外,对启闭机主要部件在选型方面进行举例说明。

水利枢纽工程启闭机设计制造

在我国的水利水电工程中,固定卷扬卷扬启闭机的使用是很普遍的。启闭机在水利水电工程中用于控制各类大、中型铸铁闸门及钢制闸门的升降达到开启与关闭的目的。本文中将会对固定卷扬启闭机进行详细的介绍,并且通过对固定卷扬启闭机具体部件设计思想的阐述,来突出分析固定卷扬启闭机在设计与制造方面的注意事项。

1 固定卷扬启闭机设计

通过某水利水电工程的实地探查,固定卷扬启闭机装设于某船闸工程上下闸首高程的排架上。用于上下闸首检修闸门和输水廊道上闸首上下游检修阀门的启闭和吊运进行安装。该固定卷扬启闭机以电动机为动力,电动机通过制动轮联轴器与减速机的高速轴连接,减速器的低速轴装有开式齿轮与卷筒连接,带动卷筒转动。起吊用的钢丝绳穿过动滑轮、定滑轮和平衡滑轮,两头通过压板固定在卷筒左右螺旋绳槽端部,动滑轮组与吊梁相连接。

1.1 启闭机的主要结构设计

本机主要由起升机构、机架、吊具、控制系统等组成,起升机构双吊点式,采用交流变频调速、电器同步传动,卷筒装置双联设计,钢丝绳在卷筒上缠绕3层,卷筒设计为折线式绳槽,使钢丝绳在卷筒平稳过渡,缠绕均匀,根除乱绳现像,每个卷筒经开式齿轮、制动器、减速机由变频电机控制,卷筒轴端还应装高度传感器,一般制动装置还应设计两套,一套为工作制动器、一套为安全制动器,电机一般还应加装测速装置和绕组温度传感器,以实现电机绕组过热保护和补偿电机参数的变化。机架是启闭机承载负荷的主要刚性支架,其设计应当具备相当的强度刚度及稳定性,一般采用箱型及工字断面的焊接板梁组成的框架结构,对关键受力点如卷筒、制动器、减速机、电机支架部分做好必要的筋板加强设计,还要有限元软件对其受力情况进行校核,确保启闭机在工作状态下稳定无振动。

1.2 启闭机控制系统

固定卷扬启闭机控制系统是其重要的组成部分,在启闭室内有三个屏,分别为控制屏、接触屏以及启动电阻屏。在启闭机的控制屏上有显示器,显示器可以提供卷扬启闭机的详细运行数据。例如闸门开度显示仪的设计、信号灯、继电器、控制开关、按钮等;在接触器的屏上布置有主回路设备,如电流电压表、断路器、电流互感器、热继电器等;而在起动电阻屏内则安装有起动电阻。闸门在运行时会分别经过上限、检修以及下限位置,在经过这三个位置时,闸门会自动停止。闸门在进行上升或者下降运动时,要保证相应接触器的接通,经过延时后再对相应接触器进行依次接通,以保证闸门上升或者下降的稳定性。此外,要通过闸门启闭电机对闸门的位置进行控制,以保证闸门运行可靠性的提高。当设计为电气系统控制实现起升机构双吊点同步时,其实施措施为:将两吊点的其中一台变频电机设为主电机,另一台变频电机为从动电机,通过变频器及PLC间数据传输实现两台点击运行速度及输出力矩的调整,实现两电机的输出转速一致,同时起升机构增加一套高度指示器装置,在PLC显示屏上直观显示两吊点的垂直差,更便于两吊点高度的调整,从而保证两吊点的同步。

表1

1.3 启闭机保护装置

如果卷扬启闭机超负荷运行,轻则造成启闭机的损害,重则会使得整个启闭机停止运行。因此,要对启闭机的压力状况进行密切的监视,防止启闭机在压力过大时的超负荷运行,可以通过在启闭机卷筒的轴承座下安装一个压力传感器来实现监测工作。安装传感器后,在启闭机运行时,如果启闭机的压力达到额定压力的百分之九十,传感器就会发生警报,如果启闭机压力超过了额定荷载10%,启闭机就会自动停止工作。这一方法可以有效地保护启闭机,使其能够健康的使用。

2 小议固定卷扬启闭机的设计制造体会

固定卷扬式启闭机起重机应按照图纸和合同约定的技术文件进行制造、安装,并应满足DL/T5019-94《水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范》、SL36-92《水工金属结构焊接通用技术条件》中技术条件的规定。

卷筒组为固定启闭机的重要构成部件。在制造卷筒组的过程,不仅要保证装配时卷筒和大齿轮的结合面光滑平整且无毛丝毛刺,还要对大齿轮的齿圈径向跳动公差,以及公法线长度的公差进行控制,这一控制在总装配中起着举足轻重的作用。因此,对齿轮进行加工时,还应该对齿轮轮齿的精度进行控制,以避免齿轮的轮齿出现等级不佳等问题,从而对齿轮的咬合精度造成影响。

卷筒轴承座以及其它一些轴承座在定位时一般都是采用定位销,这一种定位方式是较为准确并且可靠的。但是,如果卷筒上的大齿轮轴承座与小齿轮轴承座一样,都是采用定位销进行定位,那么在对开式齿轮副中心距和齿轮的顶隙咬合进行调整时便会很不方便。如果调整不够精确,运行时会因为齿轮咬合不好而导致其转动不平稳或者运行不良的现象,而齿轮只有在装配时对其进行反复的调整才能达到预期的效果。因此,在进行设计时,可以使一堆开式齿轮轴承座中的大齿轮轴承座使用定位销进行定位,而小齿轮轴承座则等到整个轴承座的中心距和齿轮咬合调整结束后,再使用定位块将轴承座顶紧在其后的焊接机架上。这样的定位方法既可以满足轴承座对定位的要求,又可以使得齿轮的装配调整更加方便。

三级减速机具有圆柱形双出轴的高速轴,一端用于安装制动轮,另一端则与电机通过传动轴进行连接。因为制动轮内孔的原因,制动过程中在对制动轮内孔与外圆同心度的高度要求的同时,也给装配过程对径向跳动的调整带来了影响。因此,如果将减速机装置的制动轮一端设计成锥形轴,内孔则设计成锥形孔。这样,在对制动轮的径向跳动进行调整时,可以直接刮动制动轮的内孔,方便且又快捷。

3 设备选型

以某水利枢纽施工时的具体资料为例,进行设备的选型计算,对启闭机进行研究。

3.1 主要参数

启闭机和闸门自重G=550．0kN;有效挡风面积(启闭机)Fj=10．1m2;挡风面积(闸门)Fd=16．2m2;设计风压力g=0．040kN/m2:支承轮直径D=50cm;滚动轴承内径d=12cm。

3.2 主要设备选型

在根据以上基本资料对各类参数进行计算,通过计算以后,我们可以得出以下数据如表1:

通过上表中的计算数据,依次对主要驱动设备进行选型。

减速器选型,设其工况系数、可靠度系数以及启动系数分别为Ka、Kr和Ks,则可以得到以下算式,Plc=Ne*Ks*Kr*Ka＜Pn,代入数据,即可得Plc=4．0*l*l*l．56=6．24 kW＜Pn。因此,可选减速器功率为9．0KW,型号为ZSY180-80-I。制动器选型,由上表可知,电动机出力轴的额定扭矩为4．262kgf．m,因此可以选择液压推杆制动器,其型号可为YDWW200/25。联轴器选型,由上表可知额定扭矩为4．262kgf．m,查找制动器许用最大扭矩可知,在此项目中,可以使用型号为YB-109-63的带制动器联轴器,使用XB105型号的联轴器连接轮轴齿轮。