微小半径圆弧轨道双向门机大车行走机构研制

黄文峰

（中国水电建设集团夹江水工机械有限公司，四川 夹江614100）

1 背景

目前，由于一些水电站的大坝经常设计成拱形，因此与之配套的水电站门式启闭机的轨道也会设计成弧形轨道，这种门式启闭机的轨道的弧形半径较大，2015年所设计的向家坝2 000 kN/2-800 kN双向门机的弧形轨道内、外轨道半径仅为R65 m/R80 m，它是目前水电行业大坝上门机最小的行走半径，一些水电站采用调压井的结构形式，在调压井上面设置门机，调压井弧形半径远小于大坝的弧形半径，使得门机的轨道半径变得更小。2018年制作的赞比亚下凯富峡水电站调压井1 250 kN双向门机。该门机走弧形轨道，弧形轨道内、外轨道半径仅为R16.3 m/R22.3 m，是目前水电行业最小的门机弧形轨道半径。

本文以赞比亚下凯富峡水电站调压井1 250 kN双向门机作为研究新型大车行走机构。如何保证弧形轨道上顺利运行，是整机设计的重点和难点。本文通过与以往经验的对比，详细阐述了本门机大车行走机构的设计理念，为解决弧形轨道运行的问题提出了新的可行性方案。

2 微小半径圆弧轨道双向门机大车行走机构的构成

赞比亚下凯富峡水电站调压井1 250 kN双向门机4根门腿对应的下横梁下端设置有4组台车，每根弧形轨道上设有2组台车，每组台车的结构形式相同。每个台车上包括回转支承、支座、台车架、主动车轮、从动车轮、三合一减速器和水平轮等组成。台车的最上端是回转支承，通过螺栓与门机的下横梁下端法兰相连接，回转支承由螺栓固定在支座上，台车架和支座通过铰轴和套圈连接在一起，车轮和三合一减速器通过螺栓固定在台车架上。

大车行走机构采用变频分别驱动，每组台车包含一个主动车轮和一个从动车轮，整个大车行走机构实现了1/2驱动，使得整个门机大车运行时更加的平稳。

3 微小半径圆弧轨道双向门机大车行走机构的结构特点

门机大车行走机构在弧形轨道上运行时，为保证门机的大车行走机构在轨道上运行平稳，防止啃轨，经过反复研究和借用以往的经验，在大车行走机构的设计上采用以下5种措施：

（1）当大车行走机构在弧形轨道上行走时，行走台车能绕垂直轴线适当的转动，一般采用的结构有自润滑平垫+铰座结构、平面转向机构和回转支承结构，这里采用的是回转支承结构形式，因为回转支承采用的滚动轴承，受到的摩擦阻力较小，在出现轮缘导向的情况时，可减小轨道与轮缘之间的磨损。回转支承不仅能够承受较大的垂直向下的力，而且还能承受较大的倾翻力矩，大车行走机构与门架下横梁连接处设置了新型回转支撑结构，确保大车行走在弧形轨道上时有一定转动角度，相对传统回转支撑结构，新型回转支撑结构有效的降低了大车行走机构的高度，减小了回转支撑所承受的倾翻力矩（见图 1、图 2）。

图1 传统回转支撑机构

图2 新型回转支撑机构

（2）为确保内外弧车轮在轨道上行走的弧度一致，内外弧在选用相同的电机和减速器的情况下，需让内外车轮组直径不同，为确保内外弧车轮同步运行，内外弧车轮直径比等于内外弧轨道半径比D1/D2=R1/R2（式中D1为外弧车轮直径；D2为内弧车轮直径；R1为外弧轨道半径；R2为内弧轨道半径）。

（3）大车行走机构每个台车架上设置一对水平轮装置，两水平轮中心线与回转支承重合，水平轮不需限制回转支承的转动，只需限制轨道中心与回转支承中心线的偏差不大于10 mm，避免台车太靠轨道一侧时出现严重的啃轨现象（见图3）。

（4）行走台车的中心与轨道中心线重合，两车轮的中心线为直线，而轨道为弧线，造成车轮中心线与轨道中心线偏差3.24 mm。为避免车轮出现卡轨或啃轨现象，车轮的踏面在原有的直轨的标准上加宽20 mm（见图 4）。

图3 大车行走设置水平轮装置

图4 车轮、轨道和台车的位置图

（5）大车行走机构采用4台变频电机分别驱动，在上下游各设置一个绝对值编码器，用于测量大车行走机构运行时上下游的位移距离，根据上下游绝对值编码器所测得的值，自动调节上下游变频器的输出频率而改变电机的转速，从而达到校准和纠偏的功能，为避免大车行走机构运行时主动车轮打滑而造成编码器测出的数据不够准确，因此我们把绝对值编码器装在从动车轮上。

通过上述的措施，大车行走机构在出厂前进行了运行试验，试验得出该大车行走机构运行平稳，同步性较好，安全可靠，无啃轨和卡轨现象。

4 结束语

赞比亚下凯富峡水电站调压井1 250 kN双向门机的大车行走机构的研制，采用新型回转支撑结构型式降低了回转支承的高度、采用大小车轮确保内外弧车轮同步性、增加水平轮和车轮踏面的宽度防止车轮出现啃轨和卡轨现象、采用变频电机和编码器确保车轮转速的一致性等措施上，确保设备在运行时具有较高的可靠性和先进性，对类似的门机设计具有一定的参考价值。