底横轴翻板闸门制作技术研究与应用

底横轴翻板闸门制作技术研究与应用

杨毅

(安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥230601)

【摘要】底横轴翻板闸门由门叶、底横轴、支铰座、轴承、止水、液压驱动装置和电控系统组成。根据底横轴闸门特点，采取前期工厂化分段制作、后期现场分段拼接就位的施工方法。在工厂中采取高精度制作方法，从工装准备、测量放样、下料、门体制作、底横轴制作、支铰座与轴承加工、整体预组装、闸门止水安装、防腐、成品保护等操作要点上严格控制，确保了底横轴闸门制作质量。本文对此加以介绍。

【关键词】底横轴；门叶；支铰座；轴承

中图分类号：TV66

Research and application of bottom horizontal axis flap gate

production technology

YANG Yi

(AnhuiShuiAnConstructionGroupCo.,Ltd.,Hefei230601,China)

Abstract:Bottom horizontal axis flap gate is composed of gate leaf, bottom horizontal axis, hinged seat, bearing, water stopper, hydraulic drive device and electric control system. Construction method of pre-factory segmented production and post-site segmented combination is adopted according to the characteristics of bottom horizontal axis gate. Tooling preparation, measuring lofting, cutting, gate production, bottom horizontal axis production, hinged seat and bearing processing, overall pre-assembly, gate water stopper installation, corrosion prevention, finished product protection and other operation keys are strictly controlled, thereby ensuring the production quality of bottom horizontal axis gate. The condition is introduced in the paper.

Key words: bottom horizontal axis; gate leaf; hinged seat; bearing

1底横轴翻板闸门特点

底横轴翻板闸门，是水利工程中近几年兴起的一种新型翻转式挡水闸门，主要由门叶、底横轴、支铰座、轴承、止水、液压驱动装置和电控系统组成。闸门可根据需要开停在水平位置和垂直位置间的任意位置。该闸门优点是结构简单、造价相对较低。底横轴翻板闸门的底横轴长度相对较长(一般为10～60m)，因此底横轴同心度要求较高，各部精度高，制作难度大。[1-5]

2底横轴翻板闸门制作工艺优选[2]

2.1制作与安装之间的关系

闸门的制作必须考虑门体运输和现场安装条件，单个构件的大小和重量必须满足运输与吊装要求。为便于运输与安装，门叶和底横轴采用分段结构制作、高强螺栓连接方式。与此对应，底横轴闸门制作分为两个阶段，前期是工厂化分段制作，后期是现场分段拼接，并安装就位。

工厂化制作优点包括：ⓐ化整为零，可以提高操作速度；ⓑ可以实现工厂化生产，提高制作精度与质量；ⓒ可以最大化实现机械作业，节省人力资源，降低成本；ⓓ分段制作便于运输与安装。

2.2制作研究

根据运输和安装条件，闸门门叶和底横轴适宜按8～10m一节进行分段制作。在厂内的组装平台上，按尺寸校正好各支铰基础板，把闸门的各零部件按图纸要求在厂内按一定顺序预组装。先组装支铰座、底横轴、穿墙套管、拐臂，校正其同心度和高程，符合要求后逐节把门叶吊装到底横轴上组装，检查各组装件尺寸，符合设计要求，则完成闸门制作工作。

控制支铰、底横轴、穿墙封水套管制作和组装精度是保证闸门满足设计运行功能要求的关键。

2.3制作工艺

在钢平台上按1∶1的比例整体放样、拼焊闸门，然后横向分段，最后在安装现场进行分缝焊接。旋转底横轴采用中空结构，分段制作，现场焊缝拼接和局部外加法兰的连接。底横轴每一段均在厂内用钢板卷管焊接而成。闸门门叶厚钢板弧形底座通过螺栓与底横轴连接。先将闸门门叶底部弧形底板与底横轴组装在一起，按图纸设计位置进行一次性钻孔，拆除弧板，把弧板底座上的孔径扩大2～4mm，底横轴孔攻丝。将校正检验合格的底横轴、铰座、拐臂、门叶与门叶底部弧形板在厂内整体预组装，焊接闸门门叶与底部弧板。在底横轴、门叶等各分段位置设定三个定位销，并做明显标志，以保证工地现场组装的精确度。

2.4制作工艺流程

底横轴翻板门制作工艺流程为：施工准备→测量放样→下料→门体制作→底横轴制作→支铰座及轴承加工→整体预组装→防腐→成品保护。

3底横轴翻板门制作工艺要点[2]

3.1工装准备

根据制作工艺要求，调整好用于主梁、侧梁、面板的拼装平台，使用前用水平仪复测一遍。

3.2测量放样

在制作平台上按1∶1的比例放大样，闸门放大样时须根据闸门门体的结构形状、门体的大小、焊缝坡口形式和焊缝的高度确定其收缩量，从而确定大样尺寸。

3.3下料

用于闸门面板、主梁腹板、纵梁腹板、边梁腹板、翼板的钢板，在下料之前先用平板机平整，以消除钢板轧制过程中的应力，减少焊接变形。使用数控切割机从钢板上下料，制作主梁腹板、翼板及面板。型钢用圆盘锯床并辅以气割下料。使用坡口机制作焊接坡口。

3.4门体制作

3.4.1主梁拼点和焊接

a.闸门门体使用Q345B钢材制作，翼板、腹板上的对接焊缝是一类焊缝，采用埋弧自动焊。焊接时引弧端和熄弧端加引弧板和熄弧板。

b.将主梁的翼板和腹板拼点成工字形，主梁翼板和腹板的对接焊缝错开距离不小于300mm。

3.4.2闸门面板的拼点和焊接

a.面板一般采用复合不锈钢板。受成品钢板定尺的限制，大中型闸门面板一般需拼接。将裁好的面板放在制作平台上拼接。焊接面板基层时，先焊短焊缝、横焊缝，再焊长焊缝、纵焊缝，采用埋弧焊，焊缝余高0～3mm，翻转、碳弧气刨清根，再用CO2气体保护焊焊接至不锈钢板位置，换不锈钢焊丝焊接不锈钢层面板，宽度压过坡口2～4mm且平缓过渡。焊接时引弧端和熄弧端要加引弧板和熄弧板。

b.焊缝不允许有穿透性气孔，1mm直径气孔每米范围内允许不超过3个，间距不小于20mm，采用超声探伤。面板的对接缝属于Ⅱ类焊缝，探伤的数量不小于整个面板焊缝长度的30%，焊缝内部质量标准按GB 11345BⅡ级执行。

3.4.3整体拼点

a.闸门在制作平台上整体拼装，放出所有要拼点的位置线，检查所有位置线，控制在误差范围内；检查对角线，其绝对值误差控制在1mm范围内。

b.平整面板，消除焊接应力，面板焊缝要进行探伤检测。

c.在面板上放大样。按工艺要求，让面板上的焊缝与主梁的对接焊缝和纵梁的对接焊缝错开，其距离不小于150mm。

3.4.4门叶总拼

a.在拼焊好的面板上放出闸门主梁、纵梁、边梁的位置线，打上样冲。

b.整体放线，特别注意对角线打样冲，校验对角线。

c.拼点主梁，校验尺寸线，主梁的腹板与闸门面板要垂直。

d.拼点纵梁，校验尺寸线，纵梁的腹板与主梁的腹板要垂直，纵梁的腹板与闸门面板要垂直，纵梁的翼板与主梁的翼板要平齐。

e.拼点其他工件。

3.4.5门叶焊接

a.先焊主梁、纵梁翼板间的平焊缝，采用CO2气体保护焊，从中间向两边焊。

b.焊主梁、纵梁间的立焊缝，从中间向两边焊。

c.焊面板上的平焊缝，从中间向两边焊。焊面板上的角焊缝，从中间向两边焊，采用断焊、跳焊，以减少变形，一段焊缝300mm左右，焊一段，跳一段，最后再补齐。

d.根据图纸设计要求和规范要求进行检查，符合要求后转入下道工序。

e.翻转闸门，使原处于仰焊位置的焊缝变成水平位置焊缝，焊接所有未焊焊缝。

f.检查所有焊缝焊接质量。

3.5底横轴制作

a.底横轴为中空结构，分段制作，现场焊缝拼接的连接形式。一般中间段各段底横轴在厂内要分段对接，对接时每节纵向焊缝应错位90°，环向焊缝间距控制在2m以上，每节纵向焊缝只允许1条。轴管由厚钢板卷制焊接而成，把每段的4节焊接检验合格的钢管逐节对接，对接焊缝开45°V形坡口，用半自动埋弧焊机进行焊接，焊缝按一级焊缝要求，100%焊缝长度进行超声波探伤及外观检查合格，并符合《高压无缝钢管超声波擦伤规定》(JB 1151)。凡是采用焊接的部位，均提供焊缝探伤资料。

钢板依据图纸尺寸，按季节、材质、留足收缩余量与切割余量进行放样划线，用数控切割机切割，加工坡口，将待卷钢板预热到一定温度后，在卷板机上卷制成型，纵缝加热后进行焊接，校圆后对管两端找同心后进行加工，对接钢管达到要求长度、退火消除应力后进行精加工。

b.将卷制焊接好的钢管外表面进行精加工。

c.在底横轴管上贴焊100°弧形不锈钢止水座板，每段100°弧形不锈钢止水座板长度不小于2m，环缝与底横轴管的环缝错位在150mm以上。

d.在底横轴支铰轴承接触范围部位贴焊不锈钢，然后用车床加工底横轴的端部内外圆及贴焊的不锈钢管，以保证底横轴与支铰轴承的同轴度不大于0.8mm。

e.按图画闸门上弧形板与底横轴连接的螺孔位置线、中心线、打样冲。配钻攻内丝。

f.底横轴壁厚偏差+5～-1mm，外径公差f9，表面粗糙度Ra为12.5μm，节间同轴度0.8mm，全长方向同轴度不大于2.0mm。在每段底横轴分段处设三只定位销，并留下明显标志，以保证工地现场组装的精确度。底横轴拆除运到工地安装后用CO2气体保护焊进行定位焊接。

g.底横轴与拐臂连接法兰铰制孔，画20-φ80H7的位置线、中心线，在数控镗床上直接铰制，连接用抗剪套材料用40Cr钢，并进行调质处理。

3.6支铰座与轴承加工[4]

a.支铰座材料一般为ZG30Mn钢，铸造完成后，进行退火处理。

ⓐ做模型、铸造、退火。

ⓑ检查铸件外形尺寸和内部缺陷(孔眼、裂纹、粘砂、结疤、夹砂、冷隔等)。

ⓒ粗加工画线：粗找基准线，画出底平面加工尺寸线和孔的中心线。

ⓓ加工底面：在龙门刨床上刨底面，包括粗刨、精刨。

ⓔ加工：以加工好的底面为基准面，在镗床上镗孔、刮平符合图纸要求。

ⓕ画线、钻孔。

在支铰座加工时要考虑底横轴基础不均匀沉降的应对措施。根据以往经验，支铰承受竖向力小，水平横向水推力大，支铰座轴承孔可留约3～5mm预留量。

b.轴承加工。

ⓐ25m以上的钢板闸门轴承一般采用耐磨损自润滑球面轴承，内衬选用工程塑料复合材料(如MGA、MGC、NMG等)，外层选用不锈钢材料。

ⓑ为方便安装，轴承球体和球座采用剖分结构。为保证加工精度，对轴承内衬及外层先进行整体加工后，再剖分。

ⓒ剖分后的轴承用连接板连接成整体，连接后的轴承两端面不能有凸出结构，以便与支铰座端面配合。

3.7整体预组装

a.在制作钢平台上进行整体预组装。

b.在制作钢平台上使用经纬仪放支铰座纵向中心线，按照各支铰座的距离放各支铰座的十字中心线。

c.把底横轴按位置套入支铰座，校正支铰座的位置，使其十字中心线偏差不大于0.5mm，然后把中间各支铰座点焊固定在钢平台上。

d.调整底横轴与拐臂连接的法兰中心线，确保装配拐臂的角度，固定各底横轴，防止其转动或位移。

e.装配并固定两端的两个拐臂和边支铰座。

f.底横轴整体组装完成后组装闸门底弧板，把闸门吊装到底弧板上，控制闸门垂直度，每组装一节闸门用4根钢支撑把闸门与制作平台固定牢固。

g.闸门、底横轴整体组装完成后进行闸门外形尺寸检验。

h.为防止闸门与底弧板焊接变形影响底弧板与底横轴的连接螺栓安装，其焊缝在闸门和底横轴工地整体安装就位螺栓紧固后焊接。

3.8闸门止水安装[3]

测量出两侧底止水长度，裁剪橡皮，按底横轴弧度精修下端橡皮形状，将侧封水橡皮在门体安装位置压紧(压缩量为3mm)。按照门页螺栓孔在橡皮上标记出侧封每个螺栓孔位置，在橡皮标记螺栓孔位置处钻孔或冲孔，然后进行安装连接，用透光法检查密封情况。

3.9防腐

对预组装合格的闸门各部件根据图纸设计要求进行防腐处理，验收出厂。

3.10成品保护

加工件的结合面涂防锈油，活动部分注上黄油。用特制的柔性吊带进行吊装，搬运时防止撞击。零散部件用木质工件箱装运，以保持门体表面清洁。

4底横轴翻板门制作效益分析[5]

a.工厂制作工艺流程科学，生产设备先进，工作效率高，工人劳动强度低，工程质量可靠，制作成本是普通平面闸门的90%，制作工期是普通平面闸门的70%。

b.制作工厂进行标准化管理，对废水、废气、固体废弃物和噪声污染采取有效的控制措施，不破坏环境，无资源浪费现象，于社会可持

c.把外形尺寸大、重量大的底横轴、门叶等进行分段制作，在吊装、组拼、运输、安装等各环节安全性更高。

5结语

根据底横轴钢闸门特点，采取分段制作和拼装的施工方式，既有利于提高闸门制作精度，也有利于后期现场安装施工。该方法可缩短工期、提高工程质量、降低工程造价，经济效益和社会效益显著，可为类似工程的应用提供借鉴。

参考文献

[1]徐强.饶英定.徐礼锋.底轴驱动翻板闸门在水闸工程中的应用[J].江西水利科技,2014(1).

[2]邹文卫.左琛.田爱军.活动坝翻板闸门制造、安装施工技术[J].水利电力机械,2005(2).

[3]孙天合.翻板闸门不锈钢止水座板施工工法[J].科技致富向导,2013(14).

[4]马盈三.陈文伟.卢新杰.苏州河河口水闸翻板闸门底轴支承材料选择[J].水利水电科技进展,2007(1).

[5]罗希.郭雷宁.谭丹.肖伟.王文.底铰式钢闸门底横轴设计[J].水电能源科学,2012,30(5).