集中驱动闭式启闭机在拦河闸工程中的应用

陈吉亮

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

随着水资源的不断优化和合理利用，近些年全国各地市修建了大批量的拦河闸，而拦河闸大多采用多孔联排平面闸或弧形闸门，工程特点为跨度较大，孔数较多，汛期行洪和汛后蓄水操作频繁。文章以郯城县重兴拦河闸除险加固工程为实际案例，详述集中驱动闭式启闭机在拦河闸坝工程中的应用，具有很好的推广价值。

1 工程概况

郯城县重兴拦河闸除险加固工程位于郯城县红花镇重兴社区东侧，老沭河桩号48+620（人民胜利堰闸桩号0+000处），工程等别为III等，设计使用年限为50年。水闸闸门为18孔，闸孔宽度为10 m，高度为7 m，河床总宽248.5 m。

水闸处于老沭河河道过弯处，在汛期行洪时过水流量较大且急湍，为保证工程运行安全可靠，闸门启闭机的型式选择至关重要，根据设计概况和施工现有工况，经计算，一种集中驱动闭式启闭机能够有效控制闸门启门速度，驱动装置分布在两吊点中间，独立机架连接，在运行时能有效传导动力，闸门运行同步性更强，电气控制更加简洁稳定，有效地解决了汛期行洪的安全有效性。

2 启闭机设计及计算

2.1 主要零部件的设计及选择

整个启闭机由起升机构、保护装置、机架及电气控制装置组成，其主要技术特性见表1。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒装置、钢丝绳、动滑轮、平衡滑轮、联轴器等。

2.2 主要零部件的计算与选型

1）钢丝绳计算

额定起门力：Q=250 kN

钢丝绳最大拉力：Smax=63.78 kN

查GB/T20118-2006《一般用途钢丝绳》表17选用6X19（a）类钢丝绳。抗拉强度1 770 MPa，钢芯直径为24 mm钢丝绳。

表1 主要技术特性表

选用：24ZAA 6X19S-IWR1770钢丝绳，其钢丝绳破断拉力为342 kN。

根据钢丝绳的破断拉力：F0≥Smax·n

n=F0/Smax=5.36＞5，该钢丝绳满足要求。

2）卷筒计算

（1）卷筒尺寸

卷筒型式：双联、螺旋槽；卷筒材质：Q235B；卷筒直径按：D=hd=480 mm；绳槽半径：R=（0.53～0.6）d=12.72～14.4 mm，取R=13 mm；绳槽深度：H=（0.25～0.4）d=6～9.6 mm，取H=9 mm；绳槽节距：t=d+（2～4）mm=26～28 mm，取t=28 mm；卷筒壁厚：δ=d=24 mm，壁厚取26 mm；选取卷筒长度为1 050 mm。

（2）卷筒强度校核

卷筒材料选为Q235，最小抗拉强度370 MPa，抗压强度235 MPa。

L/D=2.188＜3

因此，不需要校核弯矩产生的拉应力和合成应力，满足要求。

3）机构扭矩计算

（1）：钢丝绳的最大工作静拉力

F0=T/2=63.78 kN

式中：T为每个吊点的拉力，kN。

（2）：卷筒轴上的扭矩

M1=C×2F0×D0/2=30.61 kN·m

式中：D0=0.48 m，为卷筒名义直径；C为卷筒上钢丝绳的根数。

（3）：减速机输出轴扭矩：

M2=M1/η=62.47 kN·m

式中：η=0.98，为滚动轴承效率。

（4）：减速机输入轴扭矩：（采用单驱动）

M3=M2/i1η1′=0.207 kN·m

式中：i1=315，为减速机传动比；η1′=0.96，为减速机传动效率。

4）电动机选择

按照减速机输入扭矩计算电动机功率。

P=M3·n/9550=15 kW

选用YZ200L-8型电动机能满足要求，电动机特性如下：

P=15 kW

n=697 r/min

启闭速度：v=D0πn/ai′=1.67 m/min。

5）减速器

条件：电动机额定转速697 r/min，起升速度1.67 m/min，卷筒直径0.48。

经计算，所需减速器传动比为315，低速轴输出扭矩62.47 kN·m。

故选CHC400-315型硬齿面减速器，传动比315，低速轴输出扭矩62.47 kN·m。

6）联轴器(制动轮)

作用在减速机高速轴上的扭矩为0.207 kN·m。选用LMZ8-I-250型，转矩710 N·m，许用转速为2 400 r/min，安全系数1.8，满足要求。

7）制动器

作用在减速机高速轴上的扭矩为207 N·m，制动器选用YWZ5-315/50最大制动转矩630 N·m，安全系数1.75，满足要求。

3 关键工艺质量控制要点

3.1 关键点的安装

本工程启闭机形式为三机架，各零部件的安装精度直接影响整机运行，预埋件的安装精度影响后续安装，特别是驱动装置在中间，必须保证三机架传动轴误差最小，安装前预埋插筋，采用拉丝放线法对所有预埋板中心位置定位，再进行二次校核。由于跨度较大，安装时必须设置基准控制点，所有预埋板定位完成在进行高程测量，安装设备前再次用拉钢丝法校核各安装定位孔的直线度和高程。安装就位后用斜铁控制基座高程，待整台设备安装到位调整完毕后将多余斜铁撤离，进行基座加固处理，完成后进行空载试运行及各构件的检测。

3.2 装配技术要点

本工程采用的集中驱动闭式启闭机为双吊点三机架启闭机，装配精度直接影响工程运行，在装配前需组建装配平台，首先调整厚钢板平台处于水平，根据启闭机建模尺寸进行放样，放样尺寸模拟工程设计尺寸，减速机、制动轮及其他轴与孔的配合公差严格按照加工细部图纸进行装配，待各零部件装配完成后进行整机预组装，零部件固定螺栓预紧度预留10%，全部紧固完毕后进行手动联机调试，检查各部件运行情况，用千分尺测量各转动机构的跳动公差，测量噪音，待全部满足设计规范要求后最后拧紧各部位螺栓，最后连接电气控制进行空载试运行，再复核上述参数。

3.3 集中驱动闭式启闭机安装工艺流程

施工准备→测量放线→安装地脚预埋板→拉钢丝→预埋板划线→驱动装置机架安装→垫铁调整高程→左右机架安装→垫铁调整高程→安装联轴器与传动轴→校准吊点距离及轴线安装位置→调整→校准安装高程→调整→再次校准轴线及高程→调整→拧紧螺栓→空载试运行→数据测试→负荷调试→整机调试并校准。

4 各重点工序注意事项

4.1 集中驱动闭式启闭机要求及做法

预埋件要保持基础Q点平面水平达到180°，启闭机底座与基础布置预埋板件平面的接触面积要达到90%以上。两传动轴轴线要平行闸门顶梁平面轴线，传动轴及联轴器每位置吊坠线要与闸板双吊点中心连线垂直，避免运行存在闸门倾斜状况，造成闸门受力不均匀，附加外力甚至能导致启闭机各部件损坏。

安装启闭机根据闸门起吊中心线，找正中心使纵横向中心线偏差不超过±3 mm，高程偏差不超过±5 mm。然后浇注二期混凝土或与预埋钢板连接。

4.2 启闭机试运行注意事项

在空载试运行的情况下，保证三相电流不平衡不超过±10%，并测出电流值。上下限位的调节：当闸门处于全闭的状态时，将上限压紧上行程开关并固定在钢丝绳上。当闸门处于全开时，将下限位盘压紧下行程开关并固定在钢丝绳上。试运行时应保证闸门开度及升降到上、下限位时的误差不超过1 cm。安装后，应对安装完毕的设备进行空载试运行和负荷试运行，一般采取空载两个行程，检查各运转部件有无异常声响，检查安装精度是否符合精度要求。载荷试运行时，应控制在额定载荷范围内，观察集中驱动启闭机与被驱动闸门的运行情况，检查有无异常现象。