提高太浦闸联动启闭机齿盘啮合精准率的研究与实践

马士磊 胡书庭 陈尧

(太湖流域管理局苏州管理局，江苏 苏州 215004)

太浦闸工程通航套闸上闸首采用了一种联动启闭机(发明专利号：ZL 201110255328.4)用于启闭闸门。统计发现，受多种因素影响，该设备自投入运用6年来，离合器左右齿盘啮合精准率仅为95%，远远达不到行业规程及运行管理的需求，工程效益亦无法得到正常发挥。为此，着力开展提高该新型双扉门联动启闭机离合器齿盘啮合精准率的研究与实践，优化和改进关键设备，提升限位器可靠性，以期将精准率提升至98.125%，满足大型水利工程管理的需要。

1 工程概况

太浦闸位于苏州市吴江区境内的太浦河进口，是太湖骨干泄洪河道及环太湖大堤重要口门控制建筑物。工程共10孔，每孔净宽12m，近期设计流量为784m3/s，校核流量为931m3/s。

工程边孔设置套闸，上闸首采用新型双扉门联动启闭机，该启闭机在主卷筒末端加装同轴副卷筒，主、副卷筒分别通过钢丝绳连接下扉门、上扉门，通过离合器的分离与结合实现下扉门独立转动或上下扉门联动。该联动启闭机稳定可靠运行的关键是离合器的左右齿盘能否实现精准对位并准确啮合。多年运行发现，离合器多次出现左右齿盘啮合错位现象，已严重影响工程安全运行，故对离合器左右齿盘啮合可靠性进行提升显得尤为重要。

2 问题产生的原因

2.1 初步原因分析

2015—2018年该联动启闭机累计运行640次，其中发现离合器齿盘啮合错位32次。对历次运行故障记录进行整理和分析，其结果见表1和图1。

表1 2015—2018年联动启闭机离合器齿盘啮合错位问题统计

图1 2015—2018年联动启闭机离合器齿盘啮合错位问题饼分图

由表1和图1可见，“限位器变形”是导致联动启闭机离合器齿盘啮合错位的问题症结。只有解决“限位器变形”问题，才能有效提高该联动启闭机离合器齿盘啮合精准率。

2.2 深入原因分析

根据上述初步原因分析结果，从人、机、料、法、环、测六方面对影响限位器变形的各种原因展开深入、彻底的分析，见图2。

图2 影响限位器变形的因果分析

针对“限位器变形”问题画出因果分析图，制定要因确认表，对末端原因进行逐项确认，见表2。

表2 要 因 确 认

由上述原因分析可知，接触面形式不合理、基础连接板薄弱、选材不合理、限位挡块形式不合理4个末端原因是影响限位器变形的主要原因。为此，需针对上述4个要因制定对策并实施。

3 采取的措施

3.1 制定对策

根据上述确定的主要原因，提出解决方案，并制定对策，见表3。

表3 对 策

3.2 实施对策

3.2.1 优化接触面形式

a.测试离合器齿盘分离瞬间限位挡块对限位器的最大冲击力，该冲击力应为191kgf。

b.根据最大冲击力，选定缓冲弹簧，测试、验证弹簧技术指标。根据公式：极限压力/(长度×压缩率)=压缩每毫米产生的力，弹簧压缩每毫米受到的力为270/(70×24%)=16.07kgf/mm。本项目最大冲击力为191kgf，受力后弹簧理论压缩值约为191/16.07≈12mm。测试验证结果见表4。

表4 本项目选用弹簧压缩距离验证测试情况

c.加工导向杆和导向套，防止缓冲弹簧受压后失稳。将导向杆底部圆形平面作为与限位挡块的接触面，弹簧套装在导向杆和导向套之间，见图3。

图3 导向杆和导向套

接触面形式优化后，缓冲弹簧将冲击力全部传递至限位器基础，且弹簧压缩后逐渐恢复，整体受力分布更加合理。

3.2.2 加固限位器基础

a.分段自加工加长、加厚、加宽限位器基础连接板，见图4。

图4 限位器基础加工示意图

b.焊接并组装限位器基础，见图5。

图5 焊接组装后的限位器基础

c.在离合器齿盘分离瞬间，测试限位器基础水平与垂直振幅值。

限位器基础经过加固后，器身明显稳固，振动明显减弱，水平、垂直振幅值均远低于目标值0.5mm，具体见表5。

表5 限位器基础水平、垂直振幅值测试记录

3.2.3 改变限位器材质

a.自加工钢材质导向杆和导向套。

b.采购圆柱螺旋压缩合金弹簧。

c.组装导向套、合金弹簧和导向杆，见图6～图7。

图6 组装

图7 组装示意图

改变材质后的限位器更加稳固、结实，刚度得到明显加强，耐磨性、承压力及耐冲击性能进一步增强。

3.2.4 改变限位挡块形式

a.采购限位挡块高强度紧固螺栓并更换。

b.修正、优化弧形限位挡块形式，见图8。

图8 修正后的弧形限位挡块

c.安装弧形限位挡块，当冲击力大于400kgf时，弧形限位挡块自动与导向杆滑脱，以防止限位器变形或限位挡块紧固螺栓剪断。

测试修正后的弧形限位挡块中心线与缓冲弹簧中心点左右偏差见图9，记录见表6。

图9 限位挡块中心线与缓冲弹簧中心点偏差示意图

表6 优化后的限位挡块中心线与缓冲弹簧中心点偏差测试记录

4 结 果

经过一系列对策实施后，2020年10月—2021年4月(此期间恰逢东太湖太阳岛清淤施工，作业船只通航频繁，设备启闭次数较多，数据易采集且具有代表性)再次对离合器左右齿盘啮合精准率进行现场跟踪统计，结果见表7和图10。

表7 改进后的联动启闭机离合器齿盘啮合精准率统计

图10 改进前后的联动启闭机离合器齿盘啮合精准率柱状图

5 结 论

本次研究与实践，有效地提高了双扉门联动启闭机离合器齿盘啮合精准率，节约了运行成本的同时，增强了套闸设备运行稳定性和可靠性，圆满完成了东太湖太阳岛清淤工程大量船只的通航作业任务，得到了上级主管部门、地方人民政府、项目建设方与施工方的好评与肯定，可为国内应用类似设备的水利工程提供借鉴和参考。