大型弧形舌瓣门加工技术研究与应用

李 娟，杨联东，王海涛

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安710032）

目前，常规弧形闸门制作工艺已经较为成熟，但是弧形舌瓣门结构较为复杂，装配要求更高，因此，铰接在弧形闸门开口内的舌瓣门制作拼装工艺是制约现场生产效率和拼装质量的核心因素之一，特别是大型弧形舌瓣门，由于受加工设备、场地等因素的制约，舌瓣门制作平面加工精度，是影响大型弧形舌瓣门能否推广的关键。现有的水电站弧形舌瓣门加工制作中，一般为小型舌瓣门加工，如2 m左右尺寸，可以利用机加工铣床和龙门刨等专门机加工设备进行加工；但是大型舌瓣门尺寸均在3～4 m左右，常规机床已经不能满足加工尺寸要求，为此，需要设计研制一种简单实用的加工装置和方法，满足大型弧形舌瓣门加工要求，既满足加工尺寸要求，又能满足加工精度要求，同时能够进行其他类似平面的多种用途加工，实现经济效益和质量效益综合效果。

依托的乌干达伊辛巴水电站引水发电系统金属结构工程，溢洪道设2孔表孔弧形工作门，每套弧形闸门共由四节门叶组成，从底节至顶节门叶质量依次为13.3 t、12.4 t、18.0 t、3.3 t，名称依次为门叶一、门叶二、门叶三、门叶四。

翻板门安装在两节门叶四之间。闸门总质量为104.5 t。其工程特点为施工工期紧、任务重，技术要求高；地处非洲地区，通关运输难度大；要求在厂内整体试拼装，拼装精度高、难度大。针对这些问题立项开展科技研究，研制了一种弧形舌瓣门加工装置及加工方法，解决了舌瓣门制约生产的瓶颈难题，并在多个大型水电站得到成功运用，提升了产品质量和施工工效，现场文明施工大为改观，社会效益和环保效益显著，该装置已获得发明专利。

1 加工装置及加工方法的研究

1.1 研究方法

根据已有的制作加工方法，走访设备制造厂家，进行论证调研，获取有关资料，总结同类施工技术，通过多次试验，取得详细技术数据，包括加工工艺参数、加工设备、制作工装等，在制造实践中检验，并在闸门制作加工中修改实施，总结出一套切实可行的制造加工装置和工艺方法资料。

1.2 研究技术路线

新工程项目论证→已有的技术经验总结→已有的制作加工方案、措施论证→去同类单位调研考察→设备研制设计理论论证→设备制造方案设计→加工设备安装调试→零件加工制作→施工技术理论总结→广泛推广运用到不同类型闸门中。

1.3 加工设备的研制

舌瓣门加工设备主要为平面铣，原平面铣设备主要采用安装在闸门上部进行施工，由于舌瓣门平面度要求高，形状为异形，尺寸达到3 214.6 mm×4 413.8 mm，常规加工方法和设备无法保证加工和精度，因此专门研制了一种免翻身作业的装置和方法。

本装置首先浇筑基础，然后安装平面铣运行轨道，轨道安装直线度要求不大于1 mm。然后将平面铣安装在轨道上进行调试，调整位置到初始状态。

1.4 舌瓣门加工

1.4.1 加工装置介绍

该装置包括工件加工平台和其用于滑动安装平面铣刀机构的平面铣床机构，以及供平面铣床机构移动的轨道机构和牵引机构，工件加工平台包括两个相平行设置的固定桩和安装在两个固定桩之间用于固定工件的工件支撑机构，轨道机构包括两个分别设置在两个固定桩顶部的主滑轨机构和设置在一个固定桩外侧面上的辅助滑轨机构。加工装置正面和侧面情况如图1、图2所示。

图1 加工装置正面示意图

图2 加工装置侧面示意图

1.4.2 加工装置方法和工艺流程

加工装置施工方法为：①初始化平面铣刀机构和电动环链葫芦，调整平面铣刀机构中铣刀高度且设置铣刀厚度和铣刀运行速度，并设置电动环链葫芦步进工作距离；②将待加工的工件放置在工件支撑机构上，调节工件水平，根据工件的外形调节活动连接钢板支撑工件，通过第一工件锁紧机构和第二工件锁紧机构锁紧工件保持工件放置稳固；③启动加工装置加工工件，平面铣刀机构沿平面铣床机构上的双滑轨往复一次，电动环链葫芦步进一个工作距离，拉动平面铣床机构移动一个工作距离，平面铣刀机构完成一次铣车过程；④多次循环步骤；③完成工件整个平面的一次加工；⑤手动调整滑动传动机构与平面铣床机构的连接位置，钢丝传动绳通过第一定滑轮后与平面铣床机构连接，连续空转电动环链葫芦直到电动环链葫芦带动平面铣床机构退回至位于固定桩上的初始位置；⑥多次重复步骤①～步骤⑤，直至完成整个工件的加工。

其中，步骤⑤中平面铣床机构沿固定桩运行方向的前后两侧均设置有吊耳，当平面铣床机构前进时，通过手动的方式将卡环连接在平面铣床机构前侧的吊耳上，当平面铣床机构后退时，通过手动的方式将卡环连接在平面铣床机构后侧的吊耳上。

加工装置工艺流程为：调试设备→安装调整加工件水平度→固定加工件→将设备移动到起始位置锁定→移动刀盘加工一个工作循环→松开设备锁定，牵引设备移动一个工作区域→进行下一循环。

本加工装置及其加工方法与现有技术相比具有以下优点：①可根据实际工件大小设置固定桩的长度，便于实际工件的安装固定，在固定桩上安装可沿固定桩长度方向移动的平面铣床机构带动平面铣刀机构前进，平面铣刀机构自身可沿平面铣床机构长度方向移动，实现工件整个平面的加工，便于推广使用。②通过在两个固定桩的顶部分别安装两个主滑轨机构保证平面铣床机构的前进或后退，在两个固定桩中的一个固定桩上安装设置辅助滑轨机构，避免平面铣刀机构移动至平面铣床机构的两端时对平面铣床机构造成的不平衡导致平面铣床机构振荡以及对舌瓣门的加工造成误差，可靠稳定，使用效果好。③通过电动环链葫芦拉动绕在移动导向轮、固定导向轮和第二定滑轮上的钢丝传动绳带动平面铣床机构前进加工工件，此时，第一定滑轮闲置不用；当平面铣床机构后退时，电动环链葫芦拉动绕在移动导向轮、固定导向轮和第一定滑轮上的钢丝传动绳，此时，第二定滑轮闲置不用，使用效果好。④设计新颖合理，加工精度高，拆卸安装方便，投入成本低，可实现多种工件的加工，便于推广使用。

2 加工装置及加工方法的应用

本加工装置及加工方法技术适用于水电站大型弧形舌瓣门制作场合，特别适合超大型弧形舌瓣门加工制作及拼装制作场合。同时，在常规需要大型闸门平面加工领域也是很适合的，本技术于2015-08—2016-06在乌干达伊辛巴水电站引水发电系统金属结构工程中成功应用，两套弧形舌瓣门采用此技术施工，一套闸门制作就节省资金约18.56万元，两套总计节省资金约37.12万元。本技术于2017-04—2017-09推广应用于陕西省白河水电站等工程中，其中在白河水电站4套尾水事故门制作中成功应用，一套闸门制作就节省资金约18.56万元，四套总计节省资金约74.24万元，经济效益显著。另外，本技术加工的闸门平面精度好、效率高，满足规范及设计要求，施工效果良好，得到了参建各方的好评。

3 结束语

该加工装置及加工方法，解决了大型弧形舌瓣门在加工中多次翻身、加工精度低、效率不高、影响总拼装质量的难题，实现了大型弧形舌瓣门不翻身一次加工成型的新工艺，并且其方法简单实用，装置通用性强，可以节约资金和缩短工期，有较高的推广价值。在中国目前大力发展清洁能源的背景下，本技术可以有效减少能源消耗，提升水电行业闸门加工水平，对于提升水电行业科技进步，有着深远意义。