分淮入沂沭陽(yáng)閘工程雙驅(qū)動(dòng)閉式傳動(dòng)啟閉機(jī)設(shè)計(jì)

， ， 兆暉

(1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225127； 2.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮陰 223000； 3.河海大學(xué)水利水電學(xué)院， 南京 211100)

分淮入沂沭陽(yáng)閘工程雙驅(qū)動(dòng)閉式傳動(dòng)啟閉機(jī)設(shè)計(jì)

丁軍1，錢幫勇2，丁兆暉3

(1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225127； 2.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮陰 223000； 3.河海大學(xué)水利水電學(xué)院， 南京 211100)

本文結(jié)合分淮入沂沭陽(yáng)閘工程中弧門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)傳統(tǒng)的開式傳動(dòng)、單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)方式和新型的閉式傳動(dòng)、雙機(jī)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了比較，并具體分析雙驅(qū)閉式傳動(dòng)啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)、減速器形式、制動(dòng)器形式的選擇。

分淮入沂； 沭陽(yáng)閘； 弧門啟閉機(jī)； 雙驅(qū)動(dòng)； 閉式傳動(dòng)； 設(shè)計(jì)

1 前 言

沭陽(yáng)閘位于江蘇省沭陽(yáng)縣沭城鎮(zhèn)以南，為淮河下游分淮入沂工程淮沭新河尾閭之控制工程，該閘建成于1959年10月，為分淮入沂的主要樞紐工程。共25孔，閘孔凈寬10.0m，25扇閘門原為鋼絲網(wǎng)水泥面板門，1994～1999年經(jīng)三次加固全部改為梁板實(shí)腹式弧形鋼閘門，單扇重267kN。啟閉機(jī)為4×150kN卷?yè)P(yáng)式(一機(jī)開四孔)，通航孔為150kN揚(yáng)式啟閉機(jī)。

原節(jié)制孔啟閉機(jī)采用的是一開四的運(yùn)行方式，布置復(fù)雜，安全性差，分散、零亂，不利于管理，同時(shí)全閘存在減速機(jī)損壞、開式齒輪崩角、磨損嚴(yán)重、啟門力不足等問(wèn)題，根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》(SL 226—98)的有關(guān)規(guī)定，現(xiàn)有啟閉機(jī)報(bào)廢更新。此次設(shè)計(jì)考慮對(duì)原節(jié)制孔一開四的4×150kN連動(dòng)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)和通航孔啟閉機(jī)進(jìn)行更新，統(tǒng)一更新為一開一設(shè)置啟閉設(shè)備的運(yùn)行方式。型號(hào)為QH-2×160kN-12m弧門固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，共計(jì)25臺(tái)套。

2 啟閉形式方案設(shè)計(jì)

在我國(guó)水利工程中，弧門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)大多作為露頂式弧形鋼閘門啟閉設(shè)備，其吊耳大多設(shè)置在下主梁與下支臂交接處的面板上，無(wú)法設(shè)置滑輪組，其余機(jī)構(gòu)組成與平門固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)大致相同。在機(jī)構(gòu)布置和驅(qū)動(dòng)方式上，由于弧門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)自身的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)方案選擇時(shí)共有兩種：?jiǎn)悟?qū)開(閉)式傳動(dòng)和雙驅(qū)開(閉)式傳動(dòng)。下面結(jié)合沭陽(yáng)閘啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)方案分別介紹其布置形式及特點(diǎn)。

a.單驅(qū)開(閉)式傳動(dòng)形式。該設(shè)計(jì)方案單邊吊點(diǎn)下設(shè)置卷筒組，大、小齒輪開式傳動(dòng)副，中間設(shè)置一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶制動(dòng)器的聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)減速器，制動(dòng)器兩邊出軸(低速軸)通過(guò)剛性同步軸分別與兩邊吊點(diǎn)的開式齒輪副相連，該布置形式單機(jī)功率為13kW，成本高，卷?yè)P(yáng)裝置、減速機(jī)等重要部件體積大、機(jī)架尺寸大，在工作橋上布置凌亂。若采用閉式傳動(dòng)，減速器速比、體積更大，與機(jī)座不協(xié)調(diào)。在沭陽(yáng)閘孔寬10.0m(孔寬不大)的情況下也不宜采用。

b.雙驅(qū)開(閉)式傳動(dòng)形式。該設(shè)計(jì)方案單邊吊點(diǎn)下分別設(shè)置卷筒組，大、小齒輪開式傳動(dòng)副，電動(dòng)機(jī)和減速器。每套卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)中減速器一端低速軸與開式齒輪副相連，兩減速器另一端出軸(低速軸)，通過(guò)剛性同步軸相連以保證兩套卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行。該布置形式單機(jī)功率為5.5kW，電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)裝置、減速機(jī)等重要部件體積小，在工作橋上對(duì)稱布置，較美觀，但由于采用開式齒輪傳動(dòng)，機(jī)架尺寸仍較大。若采用閉式傳動(dòng)，剔除開式齒輪，采用大速比減速器，雖然減速器體積大一些，但機(jī)座尺寸小，整體美觀協(xié)調(diào)。在沭陽(yáng)閘孔寬10m(孔寬不大)的情況下采用雙驅(qū)閉式傳動(dòng)方案是可行的。

3 雙驅(qū)閉式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)

弧門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的起升機(jī)構(gòu)主要由減速器、電機(jī)、卷筒、滑輪組、制動(dòng)器以及荷載限制器、開度傳感器、機(jī)械限位裝置等安全設(shè)施組成。沭陽(yáng)閘共25孔，其中，23孔為節(jié)制孔，2孔為通航孔。由于節(jié)制孔起吊高度滿足單邊布置雙根鋼絲繩要求，故節(jié)制孔采用門頂設(shè)置平衡輪布置雙根鋼絲繩、吊座到門頂設(shè)置單根鋼絲繩纏繞形式。通航孔去除門頂鋼結(jié)構(gòu)活動(dòng)胸墻，接高弧形鋼閘門，單邊采用平衡輪、雙根鋼絲繩不滿足啟閉要求，所以采用了單邊單根鋼絲繩的纏繞形式。對(duì)以上兩種形式主要從電動(dòng)機(jī)的選擇、減速器形式選擇和制動(dòng)器等方面分別進(jìn)行設(shè)計(jì)研究：

3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇

沭陽(yáng)閘弧門啟閉機(jī)為雙驅(qū)動(dòng)，閉式傳動(dòng)，單機(jī)功率小，啟閉次數(shù)不多，啟門速度適中，在電機(jī)選擇上采用了YZ、YZR系列電動(dòng)機(jī)，最后根據(jù)工程運(yùn)用實(shí)際情況，選用了YZ系列鼠籠式電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)機(jī)的靜荷載功率：

Nj=Qv/1000η(kW)

式中Q——單邊起升載荷,N;

V——啟門速度,m/s;

η——啟閉機(jī)的總效率。

按照啟門速度1.45m/min，單邊起升載荷160kN，計(jì)算Nj=4.4kW。按工作級(jí)別Q2-輕，JC25%,選擇電動(dòng)機(jī)YZ160M1,功率5.5kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速905r/min。

3.2 減速器形式的選擇

目前常用的減速器有ZFY型硬齒面圓柱齒輪減速器、三環(huán)少齒差行星齒輪減速器、擺線針輪減速機(jī)、三環(huán)改型齒輪連環(huán)少齒差減速器。普通固定卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)通常采用ZFY型大傳動(dòng)比減速器，三級(jí)傳動(dòng)，但其最大傳動(dòng)比只可達(dá)到500，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此次設(shè)計(jì)要求。三環(huán)少齒差行星齒輪減速器雖然傳動(dòng)比大(在理論上可達(dá)到1500)，但由于體積較大、重量較重、高速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差，扭矩小、轉(zhuǎn)速增高時(shí)，傳動(dòng)效率降低。因此，單獨(dú)使用三環(huán)少齒差行星齒輪減速器也不能滿足設(shè)計(jì)要求。擺線針輪減速器由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒相齒合，以組成齒差為一齒的內(nèi)齒合減速機(jī)構(gòu)，減速器體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，但無(wú)自鎖，輸出軸不能承受大的軸向力和徑向力，速比大時(shí)，效率低。三環(huán)改型齒輪連環(huán)少齒差減速器是在三環(huán)少齒差傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)上開發(fā)研制的一種新型減速傳動(dòng)裝置，其將漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)與少齒差傳動(dòng)配合使用，克服了兩種傳動(dòng)方式的缺點(diǎn)，具有傳動(dòng)比大(標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)比可達(dá)2250，最大傳動(dòng)比可達(dá)到2 500以上)、承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、扭矩大、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)、維修方便的特點(diǎn)。

減速器傳動(dòng)比：

ic=n/nj

式中n——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min；

nj——卷筒轉(zhuǎn)速，r/min。

按照電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速905r/min，卷筒轉(zhuǎn)速由于節(jié)制孔和通航孔啟閉機(jī)卷筒直徑不同而不一樣，節(jié)制孔卷筒轉(zhuǎn)速0.77r/min，通航孔卷筒轉(zhuǎn)速0.58r/min，其傳動(dòng)長(zhǎng)分別為1200、1600。

該工程選用傳動(dòng)比分別為1200、1600 的三環(huán)改型齒輪連環(huán)少齒差減速器作為減速裝置，代替常規(guī)減速裝置，達(dá)到了大傳動(dòng)比、大扭矩的要求，滿足了啟閉速度1.45m/min 的要求，減小了啟閉機(jī)的體積，節(jié)省了工作橋啟閉機(jī)房的空間。

3.3 制動(dòng)器形式選擇

卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)所用制動(dòng)器的形式很多，視制動(dòng)力矩和使用情況而定，主要有電磁鐵制動(dòng)器、電力液壓制動(dòng)器和電磁液壓制動(dòng)器。

制動(dòng)力矩：

Mt≥2QDoη/2i

式中Q——單邊啟門力,kN；

D0——卷筒名義直徑，m；

η——啟閉機(jī)的總效率；

i——啟閉機(jī)總傳動(dòng)比。

根據(jù)計(jì)算Mt=80，選擇YWZ5-200/23電力液壓塊式制動(dòng)器。由于節(jié)制孔啟閉不多，長(zhǎng)時(shí)間處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，采用雙驅(qū)雙制動(dòng)滿足安全工作要求；對(duì)于通航孔，由于有通航要求，為了安全起見，在機(jī)構(gòu)設(shè)置中，單邊除各設(shè)置一套YWZ5-200/23型工作制動(dòng)器外，還另設(shè)置了一套安全制動(dòng)器。安全制動(dòng)器采用盤式制動(dòng)器，安裝在卷筒一端，實(shí)現(xiàn)卷筒制動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

分淮入沂沭陽(yáng)閘工程為大(Ⅰ)型水閘，外形體量大、壯觀，為淮河下游分淮入沂工程淮沭新河尾閭之控制工程。在滿足工程運(yùn)行調(diào)度和工程安全的前提下，采用了雙驅(qū)、閉式傳動(dòng)、三環(huán)改型齒輪連環(huán)少齒差減速器對(duì)稱集中布置形式。經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究比較，發(fā)現(xiàn)機(jī)架整體尺寸是最小的，工作是安全可靠的。希望對(duì)于今后類似工程在弧門卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)機(jī)構(gòu)布置，盡量減小啟閉機(jī)房寬度設(shè)計(jì)上有一定的借鑒。

[1] 蔡正坤.閘門與啟閉機(jī)[M].北京：水利電力出版社,1988.

[2] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè):金屬結(jié)構(gòu)(二)[M].北京：中國(guó)水利電力出版社,1988.

[3] SL 41—2011 水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社第三編輯室.起重機(jī)常用標(biāo)準(zhǔn)匯編[G].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[5] GB/T 3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] 李谷音.港口起重機(jī)械[M].北京：人民交通出版社,2004.

[7] GB 12602—2009 起重機(jī)械超載保護(hù)裝置[S].

Dual-driving Enclosed Drive Hoist Design for Huai-Shu River Diversion Shuyang Floodgate Project

DING Jun1, QIAN Bang-yong2, DING Zhao-hui3

(1.JiangsuSurveyingandDesignInstituteofWaterResourcesCo.,Ltd.,Yangzhou225127,China；2.JiangsuHuaihe-ShuNewRiverAdministrativeOffice,Huaiyin223000,China；3.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineeringofHohaiUniversity,Nanjing211100,China)

The traditional exposed driving and stand-alone centralized driving modes are compared with the new-type enclosed-drive and dual-unit driving modes based on the design of arc gate lifting hoist in the Huai-Shu River Diversion Shuyang Floodgate Project; the specific analysis is done for selection of dual-drive enclosed drive hoist motor, reducer and brake types.

Huai-Shu River Diversion; Shuyang Floodgate; arc gate hoist; dual-drive; enclosed drive; design

TV52

A

1005-4774(2014)07-0032-03