淺談閉式直推啟閉機設(shè)計與應(yīng)用

王祖祥

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

在當(dāng)前的水利工程中，啟閉機相對多樣，不同的啟閉機適用水利工程不同，就目前工作來說，多選用液壓式啟閉機。液壓機雖然穩(wěn)定可靠，但是，無論是成本、造價還是維修管理，都存在較高難度，甚至在維修中投入大量資金，導(dǎo)致部分水利工程出現(xiàn)資金不足問題。為解決這一問題，在不斷深入研究中，在本次水利工程項目中，采用全新啟閉機，此種啟閉機為閉式直推工作模式，無論是啟閉機美觀度、易用性，還是經(jīng)濟性與穩(wěn)定性，相對較高。下面對閉式直推啟閉機設(shè)計與應(yīng)用進行分析，希望能夠解決上述問題，有利于維護水利工程啟閉工作的順利開展。

1 水利工程啟閉機基本原理與特征

1.1 水利工程啟閉機原理

對水利工程啟閉機結(jié)構(gòu)進行分析，啟閉機主要由減速結(jié)構(gòu)、基座、螺桿、缸體、桿端結(jié)構(gòu)組成，除了主要結(jié)構(gòu)，還存有多種零部件，這些零部件，借助減速器帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，而螺桿部分的螺母推動桿做直線運動。在整個結(jié)構(gòu)中，螺母座能夠?qū)⒙菽概c推桿加以連接，并為啟閉機提供螺桿支持，而啟閉機缸頭部分具有導(dǎo)向與密封作用，能夠為直線運動提供良好支撐點，最大限度地防止泥沙進入缸體，在啟閉機運行過程中，對水利工程啟閉機帶來損傷。

1.2 水利工程啟閉機基本特征

對當(dāng)前的水利工程啟閉機進行分析，閉式直推啟閉機主要基于螺桿式啟閉機，在螺桿式啟閉機上進行改造，在改造完成后，整個啟閉機無論是外觀、抗腐蝕性，還是安全與系統(tǒng)，都得到了大幅度提升與優(yōu)化。例如，螺桿式水利工程啟閉機，蝸桿減速器效率更高，不僅能提升整體應(yīng)用效率，更能起到減速作用。而水利工程閉式直推啟閉機，其內(nèi)部螺桿與螺母處于密封環(huán)境，具有極強的抗腐蝕能力，能夠延長螺母使用期限。而啟閉機內(nèi)部的缸體，能夠起到支撐作用，不僅能提升啟閉機的剛度，更能強化啟閉機下壓力，使螺桿推桿光滑面位于外部，有利于噴漆、電鍍等多種工藝應(yīng)用，根據(jù)不同水利工程啟閉機應(yīng)用要求，為防止啟閉機荷載過重，應(yīng)設(shè)定雙向保護裝置，堅決禁止過載問題出現(xiàn)。只有這樣，才能充分發(fā)揮閉式直推啟閉機作用，提升啟閉機抗腐蝕性以及安全性。

2 閉式直推啟閉機設(shè)計材料選擇

2.1 啟閉機材料選擇

對當(dāng)前的水利工程閉式直推啟閉機進行分析，目前，研究的閉式直推啟閉機主要應(yīng)用梯形螺紋傳動，在啟閉機中螺母與螺桿為重要傳動部分，也是傳動核心環(huán)節(jié)，而其他材料選擇是否合理，是閉式直推啟閉機運行關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，在螺桿材料選擇中，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼螺桿，鋼螺桿可以選擇35#或是45#兩種不同碳素，上述兩種碳素有利于提升閉式直推啟閉機安全性與抗腐蝕能力。而在啟閉機螺母材料選擇過程中，螺母材料主要為鋁青銅或是錫青銅。如果啟閉機內(nèi)部的螺母與螺桿之間的壓力與滑速相對較小，可以應(yīng)用墨鑄鐵或是其他耐磨材料，從而穩(wěn)定啟閉機滑動速度，為啟閉機穩(wěn)定運行打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 啟閉機螺母與螺桿關(guān)鍵計算

在啟閉機關(guān)鍵計算工作中，應(yīng)重點關(guān)注螺紋副的耐磨性與螺母表面壓強，并在這一過程中，對這些參數(shù)進行合理管控，并最終得啟閉機內(nèi)部螺紋的中徑，在得到基本中徑后，可以查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如國標(biāo)5796．1，在國標(biāo)查詢過程中，獲取相應(yīng)梯形螺紋基本參數(shù)。在明確各項基本參數(shù)后，應(yīng)當(dāng)結(jié)合螺母的壓強，選定螺母參數(shù)并計算螺紋壓強。與此同時，應(yīng)重點關(guān)注螺母高度以及旋合圈數(shù)，得到最終的計算公式，得到螺紋副最終耐磨參數(shù)。其次，在各項參數(shù)計算過程中，可以結(jié)合自鎖條件，對梯形螺紋自鎖特性進行計算。例如，以啟閉機任意角度設(shè)定閘門懸停，應(yīng)結(jié)合自鎖條件計算公式，明確自鎖條件基本參數(shù)，并在計算過程中，結(jié)合導(dǎo)程、當(dāng)量摩擦角等不同系數(shù)，得到更精準(zhǔn)的自鎖條件數(shù)據(jù)。最后，應(yīng)在啟閉機設(shè)計中，明確基本螺桿強度以及螺紋強度，在螺紋強度計算過程中，需要對螺紋剪應(yīng)力進行計算，在剪應(yīng)力計算時，應(yīng)結(jié)合螺紋牙根寬度、彎曲應(yīng)力進行計算，得到螺紋剪應(yīng)力與螺紋彎曲應(yīng)力。在明確基本的設(shè)計參數(shù)后，應(yīng)當(dāng)結(jié)合水利工程實際情況，對閉式直推啟閉機應(yīng)用進行分析，具體內(nèi)容如下所示。

3 閉式直推啟閉機應(yīng)用案例

3.1 水利工程項目基本概況

以某城市水利工程為例，該城市的水利主要作用為防洪與治澇，此項水利工程，不僅能解決旱澇問題，更能改善周邊水環(huán)境，對保護生態(tài)環(huán)境具有積極意義。但是，在實際的水利工程建設(shè)過程中，由于水利工程需要建設(shè)多種閘門，這些閘門的檢修與應(yīng)用工作，多需要得到啟閉機支持。而傳統(tǒng)的啟閉機，存在諸多不足之處。結(jié)合水利工程實際情況，在具體工作中，結(jié)合水利工程各類閘門需要，重點研究閉式直推啟閉機。

以水利工程中排澇閘門為例，在排澇閘門工作中，可以選用閉式直推啟閉機的布置方式。如在閉式直推啟閉機閘門應(yīng)用中，將泵站與排澇箱連接在一起，并根據(jù)水利工程閘門工作要求，合理設(shè)置閘門到與閘門孔數(shù)，只有這樣，才能不斷提升水利工程的蓄水與攔截能力。在本次水利工程項目中，所應(yīng)用閘門孔徑為4×3．3米，而閘門底坎高程為3．5米，根據(jù)當(dāng)前水利工程擋水需求，擋水水位約在6．2米左右。而水閘門型為露頂式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)平滑性較好，能夠維護閘門滑動。每個的門葉重量高達(dá)4噸，而門葉內(nèi)部的埋件重2噸。

門葉整體重量高，在啟閉過程中，需要借助啟閉機進行啟閉工作。但是，值得注意的是，對于水位差控制，應(yīng)當(dāng)在兩米范圍內(nèi)。為了確保水利工程能夠滿足景觀要求，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程與水利具體情況，適當(dāng)降低啟閉排架高度。在門葉啟閉過程中，可以借助閉式直推啟閉機進行相關(guān)操作，具體內(nèi)容見圖1。

圖1中，對于啟閉機的安裝工作，應(yīng)當(dāng)將啟閉機安裝于閘孔上方，將啟閉機控制在 12．00米高程中，并將其放置在可拆卸的機架上，而啟閉機內(nèi)部的推桿應(yīng)當(dāng)置于閘門結(jié)構(gòu)內(nèi)，閘門結(jié)構(gòu)與腹板上的設(shè)置相互連接。在閘門運行過程中，應(yīng)確保閘門在槽內(nèi)正常運轉(zhuǎn)，確保頂部不會有螺桿伸出。當(dāng)閘門檢修過程中，應(yīng)當(dāng)拆除機架，避免不必要的損傷問題出現(xiàn)。

圖1

3.2 閉式直推啟閉機應(yīng)用結(jié)論

閉式直推啟閉機作為一種全新啟閉機，主要在螺桿式啟閉機上進行改造與優(yōu)化，不僅優(yōu)化螺桿啟閉機內(nèi)部的減速系統(tǒng)，更在這一基礎(chǔ)之上增加缸體、推桿等多種部件，這些部件能夠在封閉空間內(nèi)進行運行，無論是傳動效率，還是外形、安全性，都遠(yuǎn)高于螺桿式啟閉機。此外，在螺桿式啟閉機基礎(chǔ)上，閉式直推啟閉機另增加雙向荷載傳感器，安裝傳感器后，不僅能提升啟閉機穩(wěn)定運行，更能提升水利工程啟閉機的應(yīng)用能力與安全性。對于部分水利工程來說，在啟閉機安裝與應(yīng)用過程中，應(yīng)充分考量環(huán)境美觀度，確保水利工程周邊環(huán)境能夠與啟閉機更協(xié)調(diào)。這也意味著，在部分水利工程中，閉式直推啟閉機，更適合對景觀以及防腐性能具有較高要求的中小型水利工程中。相對于傳統(tǒng)螺桿啟閉機來說，閉式直推啟閉機，無論是性能、安全性、成本，還是后續(xù)維護，都優(yōu)于傳統(tǒng)螺桿式啟閉機，更適合當(dāng)前的水利工程要求，能夠維護水利工程穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

對當(dāng)前的水利工程閘門啟閉工作進行分析，傳統(tǒng)螺桿式啟閉機，無論是在造價、管理還是檢修與維護上，都存在諸多不足問題，并且，螺桿式啟閉機，多處于室外運行，在運行過程中，受到水汽、環(huán)境等因素影響，外部螺桿逐漸受到侵蝕，螺桿受到侵蝕，不僅增加了水利工程整體維修成本投入，更在一定程度上影響水利工程閘門啟閉工作開展。對水利工程啟閉機應(yīng)用進行分析，多數(shù)啟閉機應(yīng)用于鹽水湖，受到鹽霧環(huán)境影響，啟閉機極易受到損傷問題。所以，在實際的工作中，應(yīng)結(jié)合不同水利工程閘門啟閉要求，結(jié)合水利工程實際情況，研發(fā)性能佳、穩(wěn)定性高的閉式直推啟閉機，降低應(yīng)用于現(xiàn)代水利工程中，從根源處解決傳統(tǒng)螺桿式啟閉機存在的問題，并在這一過程中，不斷提升中小型水利工程閘門的啟閉能力，維護中小型水利工程穩(wěn)定運行。