新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)研制與工程應(yīng)用

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(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)研制與工程應(yīng)用

袁幸朝，陳麗萍，朱發(fā)銀

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

銅止水制作和安裝是面板堆石壩防滲體系至關(guān)重要的一個施工環(huán)節(jié)，針對目前滾壓銅止水成型機(jī)成型規(guī)格單一、速度無法調(diào)節(jié)、剪斷裝置損傷已成型截面等問題，對傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了研究和改造設(shè)計，開發(fā)出了新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)。通過可調(diào)滾輪的調(diào)節(jié)和部分模塊的更換，實現(xiàn)了一定范圍內(nèi)多種規(guī)格W型和F型銅止水的壓制成型。

銅止水 滾壓成型機(jī) 可調(diào)滾輪設(shè)計 無級變速傳動系統(tǒng) 工程應(yīng)用

1 概述

針對上述問題，以南水北調(diào)黃河北羑河北段工程、長河壩水電站工程W型銅止水的制作為依托，中國水電五局研制了一種新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)及其輔助裝置，并通過這些設(shè)備及裝置完成銅止水的制造，實現(xiàn)一臺設(shè)備完成多種規(guī)格W型(兼顧F型)銅止水的制作，實現(xiàn)一次投入重復(fù)使用的目的，解決了投入成本高及生產(chǎn)效率低的問題。

2 可調(diào)式銅止水成型機(jī)設(shè)計及制造

該新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)以公司承建的南水北調(diào)黃河北羑河北段工程、長河壩水電站工程W型銅止水為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計，由機(jī)架、可調(diào)卷筒、導(dǎo)向定位裝置、計長儀、液壓剪斷裝置、傳動機(jī)構(gòu)(無級變速傳動系統(tǒng))、可調(diào)滾輪、電氣控制系統(tǒng)八大部分組成，通過對可調(diào)滾輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計，使其具備制造設(shè)計范圍內(nèi)所有的W型、F型等銅止水(見圖1)的能力。

W型F型

2.1 可調(diào)卷筒

可調(diào)卷筒(見圖2所示)置于可調(diào)成型機(jī)進(jìn)料口，由軸承座、軸承、軸、調(diào)整螺桿、活動接觸板、支撐架等組成。通過轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿將銅板卷材內(nèi)孔固定在可調(diào)卷筒上。

圖2 可調(diào)卷筒

2.2 導(dǎo)向定位裝置

導(dǎo)向定位裝置(如圖3所示)設(shè)置于卷筒與液壓剪斷裝置之間，由壓軌、定位塊、頂絲、蝶形螺母等組成。通過移動定位塊，調(diào)節(jié)定位塊與導(dǎo)向定位裝置中心線的距離，對銅板進(jìn)行對中定位，使銅板的中心與導(dǎo)向定位裝置中心線重合，從而控制銅板的中心與可調(diào)滾輪成型系統(tǒng)中心重合，通過頂絲調(diào)整壓軌與導(dǎo)向定位裝置平臺的間隙，確保不同厚度銅板都能夠通過導(dǎo)向定位裝置并校平。展開的銅板經(jīng)過可調(diào)卷筒進(jìn)入導(dǎo)向定位裝置進(jìn)行校正與對中定位，然后進(jìn)入可調(diào)滾輪成型系統(tǒng)完成銅止水滾壓成型。導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)解決了銅板的平整及對中問題，消除了銅板不平整及不對中因素給銅止水成型質(zhì)量帶來的影響。

圖3 導(dǎo)向定位裝置設(shè)計示意

2.3 液壓剪斷裝置

傳統(tǒng)的剪斷裝置一般位于出料口，對已成型的銅止水截面會造成一定的破壞，影響成型質(zhì)量。本設(shè)計采用了液壓剪斷的方式，并且將剪斷裝置置于進(jìn)料口。液壓剪斷裝置(如圖4所示)由剪斷裝置和液壓傳動系統(tǒng)組成。剪斷裝置包括:剪刀座、下刀片、沖頭、上刀片、導(dǎo)軌、剪刀梁等部件，上、下刀片長寬尺寸根據(jù)銅止水規(guī)格設(shè)計，通過螺栓分別將其緊固在沖頭和剪刀座上，刀片材質(zhì)為6CrW2Si。液壓傳動系統(tǒng)由油箱、濾油器、齒輪泵、單向閥、溢流閥、電動機(jī)、電磁換向閥、油缸等附件組成。

圖4 液壓剪斷裝置結(jié)構(gòu)示意

操作時，啟動電機(jī)、油泵開始工作，操作電磁換向閥，使油缸中的活塞帶動沖頭作下移運(yùn)動，剪斷銅板，變換電磁換向閥方向，使油缸中的活塞帶動沖頭作上移運(yùn)動，讓上刀片隨沖頭回到原位。

2.4 傳動結(jié)構(gòu)(無級變速傳動系統(tǒng))

傳統(tǒng)的滾壓銅止水成型機(jī)的成型速度一般是不能即時調(diào)節(jié)的，無法滿足生產(chǎn)的需要，同時對銅止水的平穩(wěn)成型也有所影響。為此本設(shè)計開發(fā)了無級變速傳動系統(tǒng)，可連續(xù)平穩(wěn)地即時改變成型速度。無級變速傳動系統(tǒng)主要由變頻電機(jī)、皮帶輪、減速器、鏈輪、齒輪構(gòu)成，通過帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動實現(xiàn)系統(tǒng)傳動，通過電氣控制系統(tǒng)中的無極調(diào)速裝置控制變頻電機(jī)工作，實現(xiàn)可調(diào)式銅止水成型機(jī)傳動系統(tǒng)的無級調(diào)速。無級調(diào)速傳動系統(tǒng)原理如圖5所示。

圖5 無級調(diào)速傳動系統(tǒng)原理示意

選用變頻電機(jī)型號為YVP112M-7.5，額定功率為7.5kW，轉(zhuǎn)速為50r/min～1500r/min；變頻電機(jī)與減速器高速軸上皮帶輪直徑比為280∶125；減速器選用漸開線圓柱齒輪減速器，型號ZL-250/31.5-Ⅱ，傳動比為31.5∶1；鏈條傳動比和齒輪傳動比均為1∶1。

當(dāng)啟動變頻電機(jī)后，通過皮帶傳動帶動減速器，減速器變速后由兩條鏈條同時帶動兩組下滾輪軸上的主動齒輪，主動齒輪帶動上滾輪軸上的從動齒輪轉(zhuǎn)動，同時通過中間齒輪帶動其他各組齒輪轉(zhuǎn)動。

可調(diào)主動滾輪每轉(zhuǎn)輸送長度為1.0645m，計算可得電機(jī)最大和最小轉(zhuǎn)速時銅止水輸送速度分別是22.63m/min、0.754m/min。變頻電機(jī)在50Hz以下為恒轉(zhuǎn)矩，不影響成型系統(tǒng)所需力矩，可以在此輸送速度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

2.5 可調(diào)滾輪

銅止水的滾壓成型由6組可調(diào)滾輪(如圖6、圖7所示)逐步滾壓、漸變成型，前四組完成銅止水“鼻子”成型，后兩組完成銅止水兩翼成型。

圖6 可調(diào)滾輪設(shè)計結(jié)構(gòu)示意

圖7 六組滾輪實物圖

針對不同“鼻子”高度銅止水所設(shè)計，前3組可調(diào)滾輪外輪廓尺寸變化較大，為了減少可調(diào)滾輪制造耗材且方便裝拆，將可調(diào)滾輪分為邊模和外輪兩大部分，外輪與邊模用鉸制孔螺栓連接，當(dāng)要制造其他規(guī)格銅止水時，將可調(diào)滾輪外輪進(jìn)行拆除更換即可。

圖8 前三組可調(diào)滾輪裝配示意

第4組可調(diào)滾輪完成對銅止水“鼻子”部位的最后成型，上下可調(diào)滾輪分為3部分制作，3部分結(jié)構(gòu)依靠鉸制孔螺栓連為一體，當(dāng)要制造其他規(guī)格銅止水時，將可調(diào)滾輪中間模(凸鼻模與凹鼻模)進(jìn)行拆除更換即可。

圖9 第四組可調(diào)滾輪裝配示意

第5、6組可調(diào)滾輪完成銅止水兩翼的漸變成型，并對已成型的銅止水“鼻子”進(jìn)行校正保護(hù)，每個滾輪分為左、中、右3部分，中間模為“鼻?！保瑑蓚?cè)為“邊?！?，“鼻?！睂η八慕M漸變成型的銅止水“鼻子”進(jìn)行校正保護(hù)，通過外輪、定位隔套和圓螺母調(diào)整固定邊模的軸向位置。通過更換不同寬度或形狀的外輪、不同尺寸的中間模及不同寬度的定位隔套，可實現(xiàn)不同規(guī)格W型及其變形銅止水的滾壓成型；拆掉可調(diào)滾輪一側(cè)的外輪、邊模，采用上述相同方法可實現(xiàn)F型及其變形銅止水的滾壓成型。

圖10 后兩組滾輪模具裝配示意

銅板依次進(jìn)入第1、2、3、4組可調(diào)滾輪完成銅止水“鼻子”漸變成型，再進(jìn)入第5、6組完成銅止水兩側(cè)翼邊漸變成型。第1～4組可調(diào)滾輪凹、凸圓弧形結(jié)構(gòu)尺寸按等弧長由寬至窄、由低至高的漸變原則進(jìn)行設(shè)計，第5、6組可調(diào)滾輪結(jié)構(gòu)尺寸按“鼻子”結(jié)構(gòu)尺寸不變，兩側(cè)邊輪由0°→30°(或45°→90°)漸變原則進(jìn)行設(shè)計。在銅止水滾壓成型過程中，“鼻子”結(jié)構(gòu)保持弧長相等，可確保銅板厚度不變，避免出現(xiàn)銅止水“鼻子”部位在滾壓成型過程中被壓裂的情況。

2.6 機(jī)架結(jié)構(gòu)

機(jī)架為鋼結(jié)構(gòu)件，由鋼板和型鋼焊接而成，機(jī)架主結(jié)構(gòu)由[14b槽鋼組焊，機(jī)架外形尺寸為：1.46m×1.45m×4.3m。

可調(diào)卷筒、定位導(dǎo)向裝置、液壓剪斷裝置、電控操作柜、變頻電機(jī)、減速器等通過螺栓連接緊固在機(jī)架上，可調(diào)滾輪通過軸、軸承座及螺栓連接緊固在機(jī)架上，見圖11所示。

圖11 新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.7 其他輔助裝置

計長儀用來解決銅止水制造長度計量，電氣控制系統(tǒng)由調(diào)速器組成。

3 生產(chǎn)試驗

研制完成的可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)能夠制作的銅止水規(guī)格范圍為：鼻子高度h≤90mm，銅止水截面長度110mm≤L≤300mm，鼻子寬度d≥15mm，銅止水展開寬度l≤900mm，銅板厚度0.8mm≤t≤1.2mm。通過現(xiàn)場1km長銅止水生產(chǎn)試驗并經(jīng)過產(chǎn)品質(zhì)量檢驗表明:可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)成型穩(wěn)定、操作方便、銅止水成型質(zhì)量良好。

與傳統(tǒng)的成型機(jī)相比，新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過滾輪優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)了一套設(shè)備的重復(fù)利用；

(2)通過可無級調(diào)速的變頻電機(jī)、減速器、齒輪傳動等及電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)無級調(diào)速傳動，使銅止水鼻尖和兩翼平穩(wěn)成型，保證了銅止水成型質(zhì)量；

(3)將剪斷裝置置于進(jìn)料口，避免了剪斷過程中對已成型止水帶鼻尖及兩翼的破壞，保證了銅止水截面的質(zhì)量；

(4)由驅(qū)動輪組和導(dǎo)向裝置組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可根據(jù)銅片的實際厚度和寬度實現(xiàn)對小于900mm不同寬度銅帶的調(diào)整定位，解決了銅片在成型過程中因產(chǎn)生共振而造成跑偏等影響銅止水成型質(zhì)量的問題；

(5)成型機(jī)便于移動、操作簡便。可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)可移動至施工部位，現(xiàn)場制作銅止水，直接安裝到位，且操作技術(shù)簡單易學(xué)，一般人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可掌握操作技術(shù)。

4 工程應(yīng)用

該新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)在南水北調(diào)黃河北羑河北段工程(銅止水結(jié)構(gòu)見圖12)、四川省長河壩水電站工程(銅止水結(jié)構(gòu)見13)及西藏加查水電站(銅止水結(jié)構(gòu)見14)等工程中成功應(yīng)用，真正意義上實現(xiàn)了一臺設(shè)備完成不同形式和不同尺寸規(guī)格的銅止水制作，實現(xiàn)一次投入重復(fù)使用的目的，解決了投入成本高及生產(chǎn)效率低的問題，保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。據(jù)測算，節(jié)約成本152萬元，如設(shè)備重復(fù)在其他項目使用直至報廢，將節(jié)約更多成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

圖12 北羑河北段工程W型銅止水(單位：mm)

圖13 長河壩水電站W(wǎng)型銅止水(單位：mm)

圖14 加查水電站W(wǎng)型銅止水(單位：mm)

5 結(jié)語

新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)在工程中的成功應(yīng)用，有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)備制造的銅止水成型質(zhì)量差、制造設(shè)備一次性投入大、銅止水焊接質(zhì)量差等問題，實現(xiàn)了銅止水高效、優(yōu)質(zhì)滾壓成型，提高了工作效率，確保了工程質(zhì)量。在研究與應(yīng)用過程中所取得的技術(shù)成果對混凝土銅止水施工具有借鑒和指導(dǎo)意義，引領(lǐng)混凝土銅止水施工技術(shù)發(fā)展方向，提升了企業(yè)在混凝土銅止水防滲施工方面的影響力及競爭力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

〔1〕華天波，劉勇林，高 尚，等.新型可調(diào)式滾壓銅止水成型機(jī)設(shè)計與研制[J].水力發(fā)電，2015(11)：71-74.

〔2〕童衛(wèi)東，曾鐵鋼，曾 濤.W型銅止水成型機(jī)在白馬門河倒虹吸施工中的應(yīng)用[J].四川水利，2011(5)：33-35.

TV538.1

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2095-1809(2017)05-0048-05

袁幸朝(1985-)，男，湖南邵陽人，中國水利水電第五工程局有限公司工程師，一級建造師，主要從事技術(shù)管理工作；陳麗萍(1980-)，女，江西南豐人，中國水利水電第五工程局有限公司高級工程師，主要從事工程施工技術(shù)與管理工作；朱發(fā)銀(1971-)，男，四川劍閣縣人，中國水利水電第五工程局有限公司高級工程師，主要從事技術(shù)管理工作。

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