微小半徑圓弧軌道雙向門機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)研制

黃文峰

（中國水電建設(shè)集團(tuán)夾江水工機(jī)械有限公司，四川 夾江614100）

1 背景

目前，由于一些水電站的大壩經(jīng)常設(shè)計(jì)成拱形，因此與之配套的水電站門式啟閉機(jī)的軌道也會(huì)設(shè)計(jì)成弧形軌道，這種門式啟閉機(jī)的軌道的弧形半徑較大，2015年所設(shè)計(jì)的向家壩2 000 kN/2-800 kN雙向門機(jī)的弧形軌道內(nèi)、外軌道半徑僅為R65 m/R80 m，它是目前水電行業(yè)大壩上門機(jī)最小的行走半徑，一些水電站采用調(diào)壓井的結(jié)構(gòu)形式，在調(diào)壓井上面設(shè)置門機(jī)，調(diào)壓井弧形半徑遠(yuǎn)小于大壩的弧形半徑，使得門機(jī)的軌道半徑變得更小。2018年制作的贊比亞下凱富峽水電站調(diào)壓井1 250 kN雙向門機(jī)。該門機(jī)走弧形軌道，弧形軌道內(nèi)、外軌道半徑僅為R16.3 m/R22.3 m，是目前水電行業(yè)最小的門機(jī)弧形軌道半徑。

本文以贊比亞下凱富峽水電站調(diào)壓井1 250 kN雙向門機(jī)作為研究新型大車行走機(jī)構(gòu)。如何保證弧形軌道上順利運(yùn)行，是整機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過與以往經(jīng)驗(yàn)的對比，詳細(xì)闡述了本門機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，為解決弧形軌道運(yùn)行的問題提出了新的可行性方案。

2 微小半徑圓弧軌道雙向門機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)的構(gòu)成

贊比亞下凱富峽水電站調(diào)壓井1 250 kN雙向門機(jī)4根門腿對應(yīng)的下橫梁下端設(shè)置有4組臺車，每根弧形軌道上設(shè)有2組臺車，每組臺車的結(jié)構(gòu)形式相同。每個(gè)臺車上包括回轉(zhuǎn)支承、支座、臺車架、主動(dòng)車輪、從動(dòng)車輪、三合一減速器和水平輪等組成。臺車的最上端是回轉(zhuǎn)支承，通過螺栓與門機(jī)的下橫梁下端法蘭相連接，回轉(zhuǎn)支承由螺栓固定在支座上，臺車架和支座通過鉸軸和套圈連接在一起，車輪和三合一減速器通過螺栓固定在臺車架上。

大車行走機(jī)構(gòu)采用變頻分別驅(qū)動(dòng)，每組臺車包含一個(gè)主動(dòng)車輪和一個(gè)從動(dòng)車輪，整個(gè)大車行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了1/2驅(qū)動(dòng)，使得整個(gè)門機(jī)大車運(yùn)行時(shí)更加的平穩(wěn)。

3 微小半徑圓弧軌道雙向門機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

門機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)在弧形軌道上運(yùn)行時(shí)，為保證門機(jī)的大車行走機(jī)構(gòu)在軌道上運(yùn)行平穩(wěn)，防止啃軌，經(jīng)過反復(fù)研究和借用以往的經(jīng)驗(yàn)，在大車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用以下5種措施：

（1）當(dāng)大車行走機(jī)構(gòu)在弧形軌道上行走時(shí)，行走臺車能繞垂直軸線適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)，一般采用的結(jié)構(gòu)有自潤滑平墊+鉸座結(jié)構(gòu)、平面轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，這里采用的是回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)支承采用的滾動(dòng)軸承，受到的摩擦阻力較小，在出現(xiàn)輪緣導(dǎo)向的情況時(shí)，可減小軌道與輪緣之間的磨損?；剞D(zhuǎn)支承不僅能夠承受較大的垂直向下的力，而且還能承受較大的傾翻力矩，大車行走機(jī)構(gòu)與門架下橫梁連接處設(shè)置了新型回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)，確保大車行走在弧形軌道上時(shí)有一定轉(zhuǎn)動(dòng)角度，相對傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)，新型回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)有效的降低了大車行走機(jī)構(gòu)的高度，減小了回轉(zhuǎn)支撐所承受的傾翻力矩（見圖 1、圖 2）。

圖1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)

圖2 新型回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)

（2）為確保內(nèi)外弧車輪在軌道上行走的弧度一致，內(nèi)外弧在選用相同的電機(jī)和減速器的情況下，需讓內(nèi)外車輪組直徑不同，為確保內(nèi)外弧車輪同步運(yùn)行，內(nèi)外弧車輪直徑比等于內(nèi)外弧軌道半徑比D1/D2=R1/R2（式中D1為外弧車輪直徑；D2為內(nèi)弧車輪直徑；R1為外弧軌道半徑；R2為內(nèi)弧軌道半徑）。

（3）大車行走機(jī)構(gòu)每個(gè)臺車架上設(shè)置一對水平輪裝置，兩水平輪中心線與回轉(zhuǎn)支承重合，水平輪不需限制回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)動(dòng)，只需限制軌道中心與回轉(zhuǎn)支承中心線的偏差不大于10 mm，避免臺車太靠軌道一側(cè)時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的啃軌現(xiàn)象（見圖3）。

（4）行走臺車的中心與軌道中心線重合，兩車輪的中心線為直線，而軌道為弧線，造成車輪中心線與軌道中心線偏差3.24 mm。為避免車輪出現(xiàn)卡軌或啃軌現(xiàn)象，車輪的踏面在原有的直軌的標(biāo)準(zhǔn)上加寬20 mm（見圖 4）。

圖3 大車行走設(shè)置水平輪裝置

圖4 車輪、軌道和臺車的位置圖

（5）大車行走機(jī)構(gòu)采用4臺變頻電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，在上下游各設(shè)置一個(gè)絕對值編碼器，用于測量大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)上下游的位移距離，根據(jù)上下游絕對值編碼器所測得的值，自動(dòng)調(diào)節(jié)上下游變頻器的輸出頻率而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到校準(zhǔn)和糾偏的功能，為避免大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)主動(dòng)車輪打滑而造成編碼器測出的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，因此我們把絕對值編碼器裝在從動(dòng)車輪上。

通過上述的措施，大車行走機(jī)構(gòu)在出廠前進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)得出該大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，同步性較好，安全可靠，無啃軌和卡軌現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

贊比亞下凱富峽水電站調(diào)壓井1 250 kN雙向門機(jī)的大車行走機(jī)構(gòu)的研制，采用新型回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)型式降低了回轉(zhuǎn)支承的高度、采用大小車輪確保內(nèi)外弧車輪同步性、增加水平輪和車輪踏面的寬度防止車輪出現(xiàn)啃軌和卡軌現(xiàn)象、采用變頻電機(jī)和編碼器確保車輪轉(zhuǎn)速的一致性等措施上，確保設(shè)備在運(yùn)行時(shí)具有較高的可靠性和先進(jìn)性，對類似的門機(jī)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。