主溢洪道坝顶门机机械自动抓梁的设计改进

郑 雄 李文祥 胡新霖

喀麦隆曼维莱水电站项目工程位于喀麦隆共和国南部大区马鞍境内的恩特母河上，装机容量211 MW（4×52.75 MW），为喀麦隆最大水力发电站。喀麦隆曼维莱水电站溢洪道坝顶设2×160 kN双向门式启闭机1台。其工作主要用于操作机械清污抓斗和安放、启闭主溢洪道上游叠梁检修闸门。门机上游侧设置1套回转吊，起升容量为100 kN，其回转半径5 m、回转角度+10°～+190°、扬程7.5 m以满足坝前辅助清污。抓梁上端设有两吊耳与起重吊具相连（起重吊具上有活动的销轴专用于连接吊耳），下端设有自动抓脱装置，自动抓梁起吊叠梁检修闸门时，通过卡体自动挂脱钩。在原设计中机械自动抓梁没有限位装置，此次增加限位装置对机械自动抓梁进行改造。原设计的机械自动抓梁只能在无水状态下通过机械自动抓梁上的卡体装置与叠梁门的吊耳连接发出声响才能判断自动抓梁已经完成抓钩动作。但是在有水状态下，机械自动抓梁就无法通过声响去判断是否准确抓钩。故在原来的基础上增加限位装置，虽然改进后的抓梁不再属于自动抓钩模式，但在实际操作和应用中带来方便和快捷。

1 原机械抓梁装置

机械抓梁由梁体、侧向导轮装置、配重装置、吊耳装置、滑块、卡体装置及限位装置组成。通过这几个装置的相配合共同完成整个抓钩、脱钩的过程。

梁体：梁体上的2个吊耳与门机上的吊钩通过销轴连接。梁体不仅作为1个吊具同时也是门机与叠梁门连接的平衡梁，能够使门机与叠梁门上下、左右移动平稳。确保了门机和叠梁门的安全性、可靠性及稳定性。

侧向导轮装置：侧向导轮装置位于抓梁体左右两侧，每侧上游上下各装设1个导轮，共4个导轮。为了避免导轮与检修门槽出现硬摩擦，侧向导轮与检修门槽的间隙控制在10～15 mm之间。侧向导轮起到导向作用，能使梁体准确、灵活地在检修门槽里上下移动同时避免在水下，由于水流或水压作用造成抓梁偏离，从而导致卡体装置无法准确地与叠梁门连接。

配重装置：是保证梁体是否平衡的重要配置。

滑块：滑块位于梁体两侧，每侧上下游各有2块，共8块滑块。用以保证梁体平稳地在门槽内，避免因水流水压缘故，出现晃动。

卡体装置：卡体装置位于抓梁体两侧内部，2个卡体中心距是6 800 mm。每个卡体是由对称的2个销轴和“7”字型卡板组成。“7”字型卡板头尖底厚，又因偏心和重量不同，在销轴的作用下，卡板能够自由转动3个不同位置（上极限、下极限、自然状态）。卡板3个极限位置如图1所示。

图1 卡板3个极限位置

2 改进后机械抓梁的工作原理

机械抓梁的工作原理是卡体装置与叠梁门的吊耳有2个过程。在抓梁向下抓叠梁门过程中，此时的卡板处于自然状态（“八”字型）。卡板碰到叠梁门吊耳上端的“伞”字型时，由于卡板上下两端的配重不同，通过销轴自由活动，此时的卡板处于倒“八”字型。继续顺着吊耳，卡板尖端碰到顶到“伞”字型槽延两侧时，抓梁继续往下，使卡板尖端顶住吊耳两侧，抓梁可以往上抓门。此时属于抓钩过程。卡板尖端顶住吊耳两侧继续往下，顺着吊耳下端“Y”字型继续往下。当卡板脱离吊耳时，卡板处于自然状态后，抓梁一直往上直至整个抓梁脱离叠梁门吊耳。此时属于脱钩过程。抓梁抓钩、脱钩过程如图2所示。

图2 抓梁抓钩、脱钩过程

本次改进主要是增设了限位装置，以便于抓梁能够准确地脱钩、抓钩。机械抓梁是基于原设计进行改进的，改进后在抓钩、脱钩之前需要人工通过调整抓梁两侧的限位装置上的限位块来判断抓梁与叠梁门的状态。

从卡体装置的实际工作情况中得知，原设计机械自动抓梁在有水状况下，很难达到抓钩、脱钩的临界点，从而也很难实现机械自动抓梁的自动性。同样为了实现抓梁的“自动”抓钩、脱钩功能，在原设计中增加限位滑块，在限位滑块上钻3个孔。3个孔分别为上限位、下限位和定位孔。上下限位用Φ30 mm螺杆锁定，定位孔用Φ10 mm螺杆定位。其中上限位为抓钩临界位置；下限位为脱钩临界位置；定位螺杆是防止滑块在切换上下限位时移出抓梁。当抓梁抓钩之前把限位滑块放下到上限位并锁定（如图3所示），成功抓钩后放进检修闸门之前往上推到下限位并锁定（如图4所示），继续放进门槽直到门机钢丝绳松弛后抓梁往上运动。此过程完成了抓钩、脱钩的全部过程。

图3 抓钩状态

图4 脱钩状态

3 结语

双向门式启闭机机械抓梁已应用在多方领域，尤其应用于港口、矿山、冶金、电站等起重设备上广泛应用，运用技术也较为成熟。对于本文提及的由梁体、侧向导轮装置、配重装置、吊耳装置、滑块、卡体装置及限位装置组成1套启闭机械抓梁，是通过较为典型的机械控制系统改进的抓梁系统，最终确保了门机和叠梁门的安全性、可靠性及稳定性的运行。

虽然改进后的抓梁，不仅可以在有水的状态下可靠抓钩，脱钩，但还存在着人为操作的“半自动”状态，特别在人员技术水平较为落后的非洲国家，之后的运行维护保障也难以跟上，因此可靠、便捷、易维护的机械自动抓梁的改进，还存在较大的提升空间。