活動人工閘支撐桿類型比較

王澤華 王湛 閆永生 耿曄晗 李凱旋

摘 要：近幾十年來，由于液壓缸升降活動人工閘門的獨特優(yōu)勢，它在國內(nèi)外水利水電工程應(yīng)用發(fā)展很快，但是閘門液壓系統(tǒng)漏油的問題，卻始終沒有很好解決。液壓系統(tǒng)漏油，會對活動人工閘造成很大危害。為解決這個問題，活動人工閘支撐桿便孕育而生。目前活動人工閘支撐桿主要有直桿滑動型支撐桿、折疊型支撐桿和伸縮型支撐桿三類，這三類支撐桿各有優(yōu)缺點，通過在升降閘時間、生產(chǎn)制造成本和運行維護等方面進行比較分析，為工程應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：支撐桿;鎖定;解鎖;液壓;泄漏

中圖分類號：U641.3? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0101-02

合頁壩、人工閘和液壓升降閘等中小型活動鋼板閘本質(zhì)上講都是液壓“三鉸點變幅運動機構(gòu)原理”? 與傳統(tǒng)水閘的優(yōu)化結(jié)合[1]，是利用液壓動力升降鋼閘門，我們統(tǒng)稱這類閘門為活動人工閘，它實現(xiàn)了蓄水灌溉、泄水行洪和景觀的功能，可適用于有電或無電地區(qū)，運用范圍廣泛。由于液壓缸升降閘門的獨特優(yōu)勢，近幾十年來，國內(nèi)外水利水電工程的這類閘門發(fā)展很快，新閘型、新材料、新理論和新方法不斷涌現(xiàn)，閘門設(shè)計水平不斷提高，閘門止水、閘門防腐、閘門起閉形式都有較大發(fā)展。

雖然這類閘門都有比較大的發(fā)展，但是液壓系統(tǒng)的泄漏問題始終沒有徹底解決。液壓系統(tǒng)漏油，不但造成環(huán)境污染，而且還導(dǎo)致駐閘角變小，閘門參差不齊，有的閘甚至漏水。

液壓系統(tǒng)泄漏，通常是由管路質(zhì)量差、管路安裝不符合要求、管路接頭漏油、橡膠密封圈破損、液壓系統(tǒng)污染和油溫過高等[2]原因引起的，但是引起閘門液壓系統(tǒng)泄漏的最主要原因還是液壓缸的負(fù)載，這類閘門液壓缸的工作狀態(tài)是長時間持續(xù)受壓，這種工況下液壓系統(tǒng)泄漏在所難免。

為了解決這個液壓系統(tǒng)泄漏問題，各種支撐桿便孕育而生，市場上出現(xiàn)了多種支撐桿。目前工程運用中的主要有直桿滑動型支撐桿、折疊型支撐桿和伸縮型支撐桿三類，各種支撐桿在工程運用中，都各有優(yōu)缺點。

1直桿滑動型支撐桿

直桿滑動型支撐桿由主支撐桿、滑行滑輪和滑輪解鎖裝置等組成，如圖1所示。支撐桿上部與閘體背面鉸接，下部與滑行滑輪相連，滑輪支撐在一個滑槽內(nèi)，滑輪可以前后運動，控制支撐桿下部滑輪運動的是解鎖裝置， 解鎖裝置由小液壓缸控制[3]。

直桿滑動型支撐桿的工作過程如下，當(dāng)閘門升至最大高度時，滑動支撐桿進入限位器鎖定，液壓系統(tǒng)卸荷，由支撐桿固定支撐扇門體; 當(dāng)降壩時，支撐桿被小液壓缸從限位器中彈出，利用扇門體自重和水壓力使液壓桿持續(xù)收回。通過液壓桿與支撐桿相互交換使用，實現(xiàn)固定攔水，活動降壩[4]。

直桿滑動型支撐桿的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，不會過多的增加升降閘時間。直桿滑動型支撐桿的底部設(shè)有滑輪，這有滑輪有滑槽，容易受沙子、石頭和雜草等雜物影響，一旦生銹堵死，升閘降閘就成了問題，又因底部設(shè)有液壓缸，這又增加了泄漏風(fēng)險。

2折疊型支撐桿

折疊型支撐桿包含上支撐桿、下支撐桿和液壓缸等組成，折疊桿頂端與閘門鉸接結(jié)構(gòu)相連，底端固定在閘底板上，如圖2所示。在正常擋水狀態(tài)時，折疊桿展開成一條直線承受主要水壓力，降閘時由設(shè)置在閘底板凹槽中的液壓缸帶動折疊桿彎折[5]。

折疊型支撐桿結(jié)構(gòu)簡潔，鎖定解鎖也便捷，因此工程運用也比較多。由于底部使用了液壓缸， 加上河道多砂石多垃圾等工況，液壓缸使用壽命比較短，漏油的風(fēng)險也比較大。

3伸縮型支撐桿

伸縮型支撐桿包括第一支撐部、第二支撐部、卡接部、轉(zhuǎn)軸和配合部等，如圖3所示。支撐桿第一支撐部上部與閘體相連，下部與底座相連，通過控制配合部的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)在升閘、駐閘和降閘。

人工閘支撐桿裝置，分解鎖（升閘、降閘）和鎖定（駐閘）兩個工作狀態(tài)。解鎖狀態(tài)，第一支撐部能夠相對第二支撐部沿第一方向自由運動，以配合液壓缸的運動而伸長或縮短;鎖定狀態(tài)，當(dāng)需要在升閘狀態(tài)下通過支撐結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對閘體的支撐而進行立閘擋水，通過設(shè)置的配合部轉(zhuǎn)動至與卡接部配合的位置，通過配合部與卡接部限位，以使支撐結(jié)構(gòu)在閘體的壓力下，依然能夠維持在需要的長度，保證閘體的穩(wěn)定性，達到對閘體的支撐效果。

伸縮支撐桿的優(yōu)點是不需要增加額外的液壓缸和液壓管路，直接利用升降液壓缸本身的動力實現(xiàn)換向、鎖定和解鎖，當(dāng)然，伸縮支撐桿也有它缺點，它需要極高的設(shè)計制造能力，有死行程，會浪費一定的液壓缸行程，升降閘時間也會比不加支撐桿的閘長點。

4三種支撐桿比較

三種優(yōu)劣勢明顯，根據(jù)它們各自的特點，現(xiàn)在設(shè)定閘高和寬都相同，在增加升降閘時間、制造安裝成本和運行維護等方面進行比較。

4.1額外增加升降閘時間比較

根據(jù)它們的工作原理機制，有支撐桿的閘門，都會或多或少增加升降閘門的時間。直桿滑動型支撐桿增加的時間最少，只要鎖定和解鎖就夠了，液壓缸鎖定或是解鎖，時間大概在3到5秒。折疊支撐桿，升壩時需要鎖定，降壩時需要液壓缸帶動，這有一個角度和距離，每次動作時間大概在4到6秒，伸縮型支撐桿，升閘時需要經(jīng)歷配合部換向、鎖定，時間在6到10秒，降閘時需要經(jīng)歷配合部換向、解鎖，時間是6到10秒。所以，額外增加升降閘的時間，伸縮式支撐桿時間最多，折疊支撐桿時間次之，直桿滑動型支撐桿時間最少。

4.2制造安裝成本比較

這三種支撐桿如果只計算支撐桿本身，直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿的生產(chǎn)制造成本比收縮型支撐桿的要低，如果再算上液壓缸和液壓管路，那伸縮型支撐桿的生產(chǎn)制造成本肯定比直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿高，而且高不少。直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿的成本，還會隨著液壓管路的增長，成本會增長，而伸縮型支撐桿，因為沒有額外的液壓系統(tǒng)，成本不會隨管路的增長而增長。

4.3運行維護

運行維護在工程運用中是非常重要的一環(huán)，運行維護簡便，可以大幅度減少后期維護成本。直桿滑動型支撐桿，它的下部裝有滑動機構(gòu)，這些滑動機構(gòu)是浸泡在水中的，而河道中不可能沒有沙子、石子、樹枝等雜物，一旦這些雜物侵入到滑動機構(gòu)中，這支撐桿就會發(fā)生故障，升降閘就有問題。直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿都使用液壓缸，液壓缸是浸泡在污泥河道中，這種工況，對于液壓缸活塞桿來說是致命的，時間一長，活塞桿磨損腐蝕，導(dǎo)致漏油，這又會引起液壓系統(tǒng)的其它問題。伸縮型支撐桿，是純機械結(jié)構(gòu)，沒有額外的液壓缸和液壓管路，因此沒有液壓系統(tǒng)泄漏的問題。伸縮型支撐桿安裝方式，對于河道的工況是有利的，故障率大為減少。伸縮型支撐桿相對于直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿兩種支撐桿來說，是有絕對的優(yōu)勢。

5使用效果及結(jié)論

支撐桿支撐人工閘壩體，有二個優(yōu)勢：一是人工閘支撐桿裝置支撐閘體，是剛性支撐，穩(wěn)定性比液壓缸支撐強;二是閘體在人工閘支撐桿裝置的支撐下，液壓缸處于自然狀態(tài)，閘體不對液壓系統(tǒng)施加載荷。

從結(jié)構(gòu)特點和從在增加升降閘時間上來講，直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿比伸縮型支撐桿結(jié)構(gòu)簡單，升降閘時間也占優(yōu)。在生產(chǎn)制造成本和運行維護上看，伸縮型支撐桿比直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿都占優(yōu)勢。

在工程中，我們應(yīng)綜合考慮升降閘效率、制造安裝成本和運行維護等各方面特點，再根據(jù)實際工況選擇合適的支撐桿。在沙石雜物少的工況，可以采用直桿滑動型支撐桿和折疊型支撐桿，在雜物比較多的工況，可以選用伸縮型支撐桿，如果閘門需要自動降閘功能，則不建議使用支撐桿結(jié)構(gòu)，支撐桿工作方式，都需要人操控。

參考文獻：

[1]趙月芬，李凱旋，王湛，閆永生，耿曄晗，劉杰.鋼構(gòu)攔水壩在城市水生態(tài)建設(shè)中的應(yīng)用進程與技術(shù)經(jīng)濟比較[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2019，17（03）：233-240.

[2]劉汝臣，李新德.液壓系統(tǒng)漏油原因分析及控制措施[J].裝備制造技術(shù)，2009（08）：106-110.

[3]季昌化，朱水生，鄭毅.中小河流閘壩新選擇——液壓升降壩[J].水利水電快報，2015，36（12）：27-29.

[4]余紅瑞.液壓壩在河道整治中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古水利，2018（09）：58-59.

[5]黃振東，劉鵬鵬，胡霜天.液壓升降壩啟升機構(gòu)的優(yōu)化與改進[J].水電能源科學(xué)，2019，37（08）：167-169+176.