液压自动抓梁设计及其制造

黄奋飞

（福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362300）

工程概况

福建省罗源霍口水库工程SME2×250 kN门式起重机安装在尾水检修闸门检修平台上，可以分别操作2套液压式自动抓梁（大机组尾水检修闸门抓梁和小机组尾水检修闸门抓梁）来启吊两扇大小机组尾水检修闸门。

表1 罗源霍口水库工程检修闸门主要参数

由于大小机组两扇检修闸门的吊点距不同，因此在设计SME2×250 kN门式起重机时将门式起重机吊点距定为3.1 m，与大机组尾水检修闸门吊点距相一致。

1 自动抓梁选型

自动抓梁有许多类型，可根据自动抓梁与闸门吊耳之间起吊的原理、机械结构以及驱动方式等，主要分为两大类，分别为机械式自动抓梁和液压式自动抓梁。机械式自动抓梁形式有：重锤式、吊钩式、手动穿销式等等。机械式抓梁通常具有结构简易、其操作及维护过程方便等优点，但是由于起吊力小、只适用于中小型启闭设备。液压自动抓梁是通过液压泵站驱动,通过液压力推动液压销轴进行横向位移，能够自动完成闸门的穿销和脱销，液压穿销由于精度较高通常挂脱钩准确，而且销轴具备较大的承载能力，因此被广泛应用于各种大中型水电站门式起重机或移动式启闭机上，用于提升大吨位的闸门。

2 液压抓梁的结构

液压自动抓梁主要由抓梁结构件、液压系统、电气控制系统三大部件组成。自动抓梁的结构件由梁架、上下吊板、导向装置、正反滑块等组成，液压系统由液压穿销装置、液压泵站、油管系统等组成，电气控制系统由下降感应和穿脱销感应信号装置、电气柜、水密封接线盒等构成。其中液压系统和感应系统、水密封接线盒均装在横梁上，工作时随闸门一起潜入水中并在水下进行工作。

2.1 梁架

自动抓梁梁架的结构一般采用的是箱型梁结构，以减小抓梁体在水中所受到浮力的原则来进行梁体结构设计，因此梁体不能做成密封式的箱体结构，方便抓梁的下落及与闸门的定位和对位。箱体结构横截面通常都设计成双“工字型”拼接结构，其梁体中间通过多块筋板固定相连接，其连接筋板中间可开通孔，方便将液压穿销的油管和感应信号装置的电缆均布置在箱型梁的内部，这样布置既紧凑又美观。

为保证自动抓梁梁架的加工质量，梁架需在胎机具平台上拼装，首先在胎机具平台上进行放样，考虑焊缝收缩，按照1/1 000比例进行放大放样，下料时上下翼缘板和腹板长度均留有100 mm收缩余量，以保证梁体焊接完成梁体收缩后能够达到设计尺寸。梁架焊接时以抓梁的吊点中心线为基准,先分别拼接主梁上下翼缘板和腹板，然后焊接两根工字梁之间的连接筋板及吊板，最后焊接梁体两侧的两根支梁。

图1 小机组尾水检修闸门液压抓梁示例

2.2 吊耳板

吊耳板是自动抓梁的承重部件及连接部件,分别与门式起重机的吊具装置及闸门吊耳配合。本自动抓梁设计启闭力为2×250 kN，门机产生的启闭力需要通过抓梁吊耳板传递到尾水检修闸门。抓梁上部吊板通过吊耳轴与门机的吊具装置相连接，下部吊板通过液压装置的销轴连接检修闸门的吊耳，吊耳板的板厚选取25 mm的Q235-B钢板，可以承受250 kN的载荷。其中吊板的吊耳孔加工是液压抓梁制作中最重要的一道工艺，其加工精度要求较高，必须在吊板整体焊接在梁架后才能进行加工吊耳孔。其主要加工流程是：先将上下吊耳板焊接在梁架上，然后在吊板上划出纵向立体中心线和孔位线，以中心线为基准找正，用落地镗直角镗铣头分别加工上、下吊耳孔，且必须同时保证抓梁的左右两侧两个吊耳孔的同轴度和上下吊耳孔之间的平行度以及以保证下吊耳孔与穿轴装置连接的结合面垂直度，经此加工后吊耳孔的精度得到保证，穿轴装置销轴在穿销过程中才能够精准穿过下吊耳孔，不会出现卡阻等异常现象。

2.3 液压穿轴装置

抓梁的液压穿轴装置主要由销轴、套筒总成、活塞杆、穿脱销传感器和密封件等部件组成。闸门启吊上升时，液压穿轴装置的销轴将直接承受启闭载荷，主要包括闸门自重、水下水压力等，因此销轴的强度和刚度必须要留有足够的余量，以避免穿销轴由于挠度较大而产生弯曲变形，从而导致自动抓梁穿销轴和闸门吊耳孔的对位不准，影响了液压抓梁进行穿脱销的正常工作。因此根据液压自动抓梁的起重量，我们选用了300 kN规格XGL88系列的液压自动抓梁穿轴装置，该销轴穿轴直径为Φ125，材料为40Cr合金钢，经调质处理，硬度可达到HB260-280,满足其强度和刚度的要求。由于液压自动抓梁需长期在水底下工作，销轴表面必需镀层硬铬，以满足其防腐的需要。

3 自动抓梁强度校核

设计梁架主梁截面尺寸时需根据自动抓梁的起重量，在满足其刚度和强度的要求下，依据闸门门槽的尺寸，来确定梁的高度和宽度，尽量减少梁架的截面面积，以减轻自动抓梁的自身重量，然后初步估算梁的腹板、上下翼缘板的厚度，进行梁架纵向截面的几何性质计算，再进行验算，经适当调整，直到合适为止。

小机组尾水闸门液压自动抓梁为双吊点抓梁，由于闸门与门式起重机的吊点距不一致，上下吊板不在同一条垂直线上，当自动抓梁在启闭闸门时，抓梁梁体不仅要承受抓梁自身的重力，还要承受闸门启闭力产生的弯矩。在弯曲应力和剪切力的共同作用下，为防止梁体出现弯曲变形，还需对梁体进行强度校核。

图2 横梁受力简图

小机组尾水闸门液压自动抓梁主梁结构为刚性框架结构，受力复杂，计算时分解成简支梁计算，横梁受力简图如图2。

4 自动抓梁平衡试验

在液压自动抓梁各大主要部件拼装完成后，需对主梁整体做静平衡试验，防止抓梁在启闭时出现倾斜的现象，从而导致液压穿销时出现抓梁吊板与闸门的吊耳定位配合不准的问题。可在抓梁较轻的一侧增设配重块，通过调整，使得抓梁在自由悬吊的情况下，整体保持水平静止的状态为止。

5 结束语

两组液压自动抓梁在2020年7月整体组装完成后，进行了出厂前的试运行。在试运行中，液压穿销过程灵活，无出现卡阻现象，抓梁与SME2×250 kN门式起重机启吊的配合良好，其行程限位信号发讯正确，调试达到设计预期要求。