液壓自動(dòng)抓梁設(shè)計(jì)及其制造

黃奮飛

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362300）

工程概況

福建省羅源霍口水庫(kù)工程SME2×250 kN門式起重機(jī)安裝在尾水檢修閘門檢修平臺(tái)上，可以分別操作2套液壓式自動(dòng)抓梁（大機(jī)組尾水檢修閘門抓梁和小機(jī)組尾水檢修閘門抓梁）來(lái)啟吊兩扇大小機(jī)組尾水檢修閘門。

表1 羅源霍口水庫(kù)工程檢修閘門主要參數(shù)

由于大小機(jī)組兩扇檢修閘門的吊點(diǎn)距不同，因此在設(shè)計(jì)SME2×250 kN門式起重機(jī)時(shí)將門式起重機(jī)吊點(diǎn)距定為3.1 m，與大機(jī)組尾水檢修閘門吊點(diǎn)距相一致。

1 自動(dòng)抓梁選型

自動(dòng)抓梁有許多類型，可根據(jù)自動(dòng)抓梁與閘門吊耳之間起吊的原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方式等，主要分為兩大類，分別為機(jī)械式自動(dòng)抓梁和液壓式自動(dòng)抓梁。機(jī)械式自動(dòng)抓梁形式有：重錘式、吊鉤式、手動(dòng)穿銷式等等。機(jī)械式抓梁通常具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、其操作及維護(hù)過(guò)程方便等優(yōu)點(diǎn)，但是由于起吊力小、只適用于中小型啟閉設(shè)備。液壓自動(dòng)抓梁是通過(guò)液壓泵站驅(qū)動(dòng),通過(guò)液壓力推動(dòng)液壓銷軸進(jìn)行橫向位移，能夠自動(dòng)完成閘門的穿銷和脫銷，液壓穿銷由于精度較高通常掛脫鉤準(zhǔn)確，而且銷軸具備較大的承載能力，因此被廣泛應(yīng)用于各種大中型水電站門式起重機(jī)或移動(dòng)式啟閉機(jī)上，用于提升大噸位的閘門。

2 液壓抓梁的結(jié)構(gòu)

液壓自動(dòng)抓梁主要由抓梁結(jié)構(gòu)件、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三大部件組成。自動(dòng)抓梁的結(jié)構(gòu)件由梁架、上下吊板、導(dǎo)向裝置、正反滑塊等組成，液壓系統(tǒng)由液壓穿銷裝置、液壓泵站、油管系統(tǒng)等組成，電氣控制系統(tǒng)由下降感應(yīng)和穿脫銷感應(yīng)信號(hào)裝置、電氣柜、水密封接線盒等構(gòu)成。其中液壓系統(tǒng)和感應(yīng)系統(tǒng)、水密封接線盒均裝在橫梁上，工作時(shí)隨閘門一起潛入水中并在水下進(jìn)行工作。

2.1 梁架

自動(dòng)抓梁梁架的結(jié)構(gòu)一般采用的是箱型梁結(jié)構(gòu)，以減小抓梁體在水中所受到浮力的原則來(lái)進(jìn)行梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此梁體不能做成密封式的箱體結(jié)構(gòu)，方便抓梁的下落及與閘門的定位和對(duì)位。箱體結(jié)構(gòu)橫截面通常都設(shè)計(jì)成雙“工字型”拼接結(jié)構(gòu)，其梁體中間通過(guò)多塊筋板固定相連接，其連接筋板中間可開通孔，方便將液壓穿銷的油管和感應(yīng)信號(hào)裝置的電纜均布置在箱型梁的內(nèi)部，這樣布置既緊湊又美觀。

為保證自動(dòng)抓梁梁架的加工質(zhì)量，梁架需在胎機(jī)具平臺(tái)上拼裝，首先在胎機(jī)具平臺(tái)上進(jìn)行放樣，考慮焊縫收縮，按照1/1 000比例進(jìn)行放大放樣，下料時(shí)上下翼緣板和腹板長(zhǎng)度均留有100 mm收縮余量，以保證梁體焊接完成梁體收縮后能夠達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。梁架焊接時(shí)以抓梁的吊點(diǎn)中心線為基準(zhǔn),先分別拼接主梁上下翼緣板和腹板，然后焊接兩根工字梁之間的連接筋板及吊板，最后焊接梁體兩側(cè)的兩根支梁。

圖1 小機(jī)組尾水檢修閘門液壓抓梁示例

2.2 吊耳板

吊耳板是自動(dòng)抓梁的承重部件及連接部件,分別與門式起重機(jī)的吊具裝置及閘門吊耳配合。本自動(dòng)抓梁設(shè)計(jì)啟閉力為2×250 kN，門機(jī)產(chǎn)生的啟閉力需要通過(guò)抓梁吊耳板傳遞到尾水檢修閘門。抓梁上部吊板通過(guò)吊耳軸與門機(jī)的吊具裝置相連接，下部吊板通過(guò)液壓裝置的銷軸連接檢修閘門的吊耳，吊耳板的板厚選取25 mm的Q235-B鋼板，可以承受250 kN的載荷。其中吊板的吊耳孔加工是液壓抓梁制作中最重要的一道工藝，其加工精度要求較高，必須在吊板整體焊接在梁架后才能進(jìn)行加工吊耳孔。其主要加工流程是：先將上下吊耳板焊接在梁架上，然后在吊板上劃出縱向立體中心線和孔位線，以中心線為基準(zhǔn)找正，用落地鏜直角鏜銑頭分別加工上、下吊耳孔，且必須同時(shí)保證抓梁的左右兩側(cè)兩個(gè)吊耳孔的同軸度和上下吊耳孔之間的平行度以及以保證下吊耳孔與穿軸裝置連接的結(jié)合面垂直度，經(jīng)此加工后吊耳孔的精度得到保證，穿軸裝置銷軸在穿銷過(guò)程中才能夠精準(zhǔn)穿過(guò)下吊耳孔，不會(huì)出現(xiàn)卡阻等異?，F(xiàn)象。

2.3 液壓穿軸裝置

抓梁的液壓穿軸裝置主要由銷軸、套筒總成、活塞桿、穿脫銷傳感器和密封件等部件組成。閘門啟吊上升時(shí)，液壓穿軸裝置的銷軸將直接承受啟閉載荷，主要包括閘門自重、水下水壓力等，因此銷軸的強(qiáng)度和剛度必須要留有足夠的余量，以避免穿銷軸由于撓度較大而產(chǎn)生彎曲變形，從而導(dǎo)致自動(dòng)抓梁穿銷軸和閘門吊耳孔的對(duì)位不準(zhǔn)，影響了液壓抓梁進(jìn)行穿脫銷的正常工作。因此根據(jù)液壓自動(dòng)抓梁的起重量，我們選用了300 kN規(guī)格XGL88系列的液壓自動(dòng)抓梁穿軸裝置，該銷軸穿軸直徑為Φ125，材料為40Cr合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度可達(dá)到HB260-280,滿足其強(qiáng)度和剛度的要求。由于液壓自動(dòng)抓梁需長(zhǎng)期在水底下工作，銷軸表面必需鍍層硬鉻，以滿足其防腐的需要。

3 自動(dòng)抓梁強(qiáng)度校核

設(shè)計(jì)梁架主梁截面尺寸時(shí)需根據(jù)自動(dòng)抓梁的起重量，在滿足其剛度和強(qiáng)度的要求下，依據(jù)閘門門槽的尺寸，來(lái)確定梁的高度和寬度，盡量減少梁架的截面面積，以減輕自動(dòng)抓梁的自身重量，然后初步估算梁的腹板、上下翼緣板的厚度，進(jìn)行梁架縱向截面的幾何性質(zhì)計(jì)算，再進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)適當(dāng)調(diào)整，直到合適為止。

小機(jī)組尾水閘門液壓自動(dòng)抓梁為雙吊點(diǎn)抓梁，由于閘門與門式起重機(jī)的吊點(diǎn)距不一致，上下吊板不在同一條垂直線上，當(dāng)自動(dòng)抓梁在啟閉閘門時(shí)，抓梁梁體不僅要承受抓梁自身的重力，還要承受閘門啟閉力產(chǎn)生的彎矩。在彎曲應(yīng)力和剪切力的共同作用下，為防止梁體出現(xiàn)彎曲變形，還需對(duì)梁體進(jìn)行強(qiáng)度校核。

圖2 橫梁受力簡(jiǎn)圖

小機(jī)組尾水閘門液壓自動(dòng)抓梁主梁結(jié)構(gòu)為剛性框架結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜，計(jì)算時(shí)分解成簡(jiǎn)支梁計(jì)算，橫梁受力簡(jiǎn)圖如圖2。

4 自動(dòng)抓梁平衡試驗(yàn)

在液壓自動(dòng)抓梁各大主要部件拼裝完成后，需對(duì)主梁整體做靜平衡試驗(yàn)，防止抓梁在啟閉時(shí)出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致液壓穿銷時(shí)出現(xiàn)抓梁吊板與閘門的吊耳定位配合不準(zhǔn)的問(wèn)題。可在抓梁較輕的一側(cè)增設(shè)配重塊，通過(guò)調(diào)整，使得抓梁在自由懸吊的情況下，整體保持水平靜止的狀態(tài)為止。

5 結(jié)束語(yǔ)

兩組液壓自動(dòng)抓梁在2020年7月整體組裝完成后，進(jìn)行了出廠前的試運(yùn)行。在試運(yùn)行中，液壓穿銷過(guò)程靈活，無(wú)出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，抓梁與SME2×250 kN門式起重機(jī)啟吊的配合良好，其行程限位信號(hào)發(fā)訊正確，調(diào)試達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求。