船閘反弧門聯(lián)門軸拆裝工裝設(shè)計及強(qiáng)度分析

杜超 馬武杰 譚勇

摘 要：為解決某大型高水頭船閘反弧門聯(lián)門軸拆裝困難，通過查閱反弧門圖紙、實地勘測及合理結(jié)構(gòu)選擇，設(shè)計出一款船閘反弧門聯(lián)門軸拆裝專用工裝，并通過有限元計算結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度核算。最后，將所設(shè)計校核的聯(lián)門軸拆裝專用工裝用于大型高水頭船閘反弧門，工裝提高了聯(lián)門軸拆卸效率并保障了安全。

關(guān)鍵詞：船閘檢修;工裝設(shè)計;強(qiáng)度分析;工程應(yīng)用

中圖分類號：U641? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0109-03

大型高水頭船閘閘室充泄水是通過輸水廊道來進(jìn)行的，而輸水廊道的開關(guān)控制主要由兩側(cè)的反向弧形門來實現(xiàn)，反弧門的動力是依靠液壓油缸。液壓油缸帶動吊桿組、吊桿組通過聯(lián)門軸將力傳遞給反弧門使其完成開關(guān)門動作[1]。

在反弧門開關(guān)門運(yùn)行系統(tǒng)中，聯(lián)門軸是其中易損部件，在聯(lián)門軸的換損過程中，常常會遇到拆卸困難，這給船閘檢修工作增添了許多麻煩[2]。本文設(shè)計的反弧門聯(lián)門軸拆裝工裝能較好地解決目前存在的拆卸問題。

1反弧門聯(lián)門軸拆裝工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過前期的實地尺寸測量和反弧門耳板圖紙數(shù)據(jù)對比，設(shè)計了如圖1、圖2所示銷軸式反弧門聯(lián)門軸拆裝工裝。

反弧門聯(lián)門軸拆卸工裝由五部分組成，分別為左右支撐板、前后支撐板和16t機(jī)械千斤頂。通過查閱圖紙資料及現(xiàn)場測量可知：16t機(jī)械千斤頂頂高為385mm，吊耳寬為406mm，聯(lián)門軸直徑為220mm、長為500mm，構(gòu)件1、構(gòu)件2為截面150mm×20mm的板鋼，前后支撐板為截面100mm×20mm的板鋼。吊耳長約為740mm，故工裝寬度為740mm。故拆卸工裝內(nèi)徑總長為385+406+（500-406）/2=838mm，設(shè)計尺寸為890mm，承壓板厚度為52mm。

反弧門聯(lián)門軸回裝工裝在拆卸工裝的基礎(chǔ)上增加一塊長度方向板和一個銷軸托架，此時回裝工裝內(nèi)徑總長為385+406+500=1291mm，設(shè)計尺寸為1343mm，承壓板厚度為52mm。

2 聯(lián)門軸拆卸工裝有限元強(qiáng)度分析

2.1模型建立及前處理

對于聯(lián)門軸拆卸工裝，在三維軟件ANSYS中建立其模型，并建立實際工作情況的吊耳與之裝配[3]。裝配完成后，得到的三維實體模型如圖3所示：

將三維實體模型導(dǎo)入ANSYS中，采用solid187單元進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分，工裝材料選用Q235號鋼材，Q235號鋼材料特性參照GB/T 700-2006 如表1所示：

在ANSYS軟件中將工裝和吊耳各部分glue，隨后再對各個體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到整體有限元模型如圖4所示，其中，單元數(shù)為176163個，節(jié)點(diǎn)數(shù)為295951個。

2.2 工裝有限元分析邊界條件

實際工作過程中，將千斤頂放在承力板上，將吊耳中間的軸頂出去。故可施加如下邊界條件：①在工裝與千斤頂接觸面上所有節(jié)點(diǎn)施加水平向左的16t的力;②工裝與吊耳所有體進(jìn)行g(shù)lue;③吊耳底板底面節(jié)點(diǎn)施加全約束。圖5給出了工裝有限元分析的邊界條件：

2.3 聯(lián)門軸工裝有限元結(jié)果分析

圖6給出了聯(lián)門軸工裝的整體等效應(yīng)力云圖，圖7給出了聯(lián)門軸工裝的整體綜合位移云圖。由圖可知，整體等效應(yīng)力的最大值為570MPa，出現(xiàn)在吊耳與工裝接觸的位置，表現(xiàn)為應(yīng)力集中，其他地方的最大應(yīng)力在187MPa左右;整體綜合位移最大值為1.212mm，出現(xiàn)在與千斤頂接觸的構(gòu)件1上。

圖8給出了聯(lián)門軸工裝等效應(yīng)力云圖，圖9給出了聯(lián)門軸工裝綜合位移云圖。由圖可知，工裝等效應(yīng)力的最大值為433MPa，出現(xiàn)在與支撐板接觸的中間桿的位置，表現(xiàn)為應(yīng)力集中，其他地方的最大應(yīng)力在190MPa左右;整體綜合位移最大值為1.212mm，出現(xiàn)在與支撐板相連的中間桿上。

圖10給出了吊耳等效應(yīng)力云圖，圖11給出了吊耳綜合位移云圖。由圖可知，吊耳等效應(yīng)力的最大值為302MPa，出現(xiàn)在吊耳與工裝接觸的邊緣位置，表現(xiàn)為應(yīng)力集中，其他地方的最大應(yīng)力在100MPa左右;吊耳位移最大值為0.426mm，出現(xiàn)在吊耳右側(cè)頂部。

應(yīng)力集中是由于接觸面積過小導(dǎo)致局部應(yīng)力過大，只出現(xiàn)在受力的一瞬間，這種現(xiàn)象會隨著工件材料的彈性變形進(jìn)而受力均勻得到解決。以上分析可知，工裝和吊耳上的最大應(yīng)力均在190MPa左右，小于材料許用應(yīng)力，且與理論計算值相符;工裝和吊耳上的最大位移為1.212mm，為彈性形變，不影響工裝使用。

3 聯(lián)門軸拆卸工裝工程應(yīng)用

將設(shè)計出的船閘反弧門聯(lián)門軸拆卸工裝應(yīng)用于某大型船閘反弧門聯(lián)門軸拆卸，效果良好，僅用了不到半小時就將反弧門聯(lián)門軸取了出來，安全性和時效性均得到提高。如圖12所示。

4 結(jié)論

通過對船閘反弧門聯(lián)門軸拆裝工裝設(shè)計研究、強(qiáng)度校核及實際應(yīng)用，可以得到如下結(jié)論：

（1）綜合考慮反弧門檢修場地尺寸、吊耳及千斤頂實際尺寸設(shè)計了滿足實際需要的聯(lián)門軸拆裝工裝。

（2）采用材料力學(xué)理論計算工裝各部分強(qiáng)度，利用有限元軟件ANSYS對工裝強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析，其結(jié)果與理論計算吻合良好。

（3）實際應(yīng)用了所設(shè)計校核的聯(lián)門軸拆卸工裝，提高了聯(lián)門軸拆卸效率并保障了安全，滿足了船閘檢修實際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]高雄. 葛洲壩船閘計劃性大修實踐[J]. 水運(yùn)工程， 2001（5）： 5-9.

[2]長江三峽通航管理局.船閘檢修技術(shù)規(guī)程：JTS 320-3—2013[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.

[3]李萬全. ANSYS 14.5機(jī)械與結(jié)構(gòu)分析實例詳解[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2014.