1 概述 目前國內采用卷揚啟閉機操作弧形閘門，有兩種形式可供選擇，即前拉式弧門啟閉機與后拉式普通卷揚啟閉機。前者的起吊位置位于弧門面板的前下方，啟門時隨著鋼絲繩帶動閘門吊耳上升，弧門繞支鉸轉動，從而開啟閘門。該啟閉機不設動滑輪裝置，鋼絲繩與閘門吊耳直接連接，結構簡單，適用于啟閉容量較小的情況。采用普通卷揚啟閉機操作弧門時，起吊位置則位于弧門主梁上方，即后拉式。該類啟閉機啟閉容量較大，但受弧門轉動角度的制約，啟閉機房位于閘室的后上方，水工布置較為復雜。 后河水庫溢流壩六扇工作門采用弧形閘門，孔口尺寸10x5.3m，設計水頭5.3m，經綜合比較，采用前拉式弧門啟閉機，啟閉容量為2x125KN，起升高度10m(圖一)。 六臺啟閉機各設單獨的機旁控制箱，并配備有共用的現場集中控制臺，可在機旁進行單機操作，也可在集控臺實行單機或多機同時操作。 2 啟閉機布置 2.1 驅動形式的選擇 雙吊點啟閉機可采用分別和集中兩種驅動形式。分別驅動，即兩個吊點分別有一套傳動機構和一套起升機構，適用于大、中容量的啟閉機；集中驅動則是采用一套傳動機構，兩套起升機構。根據傳動機構的位置不同，集中驅動又分為中間和單邊兩種驅動形式。單邊驅動，適用于小容量啟閉機；中間驅動，則適用于吊點距較大的啟閉機。后河水庫溢流壩弧門吊點距5.64m，啟閉機采用中間集中驅動形式。(圖二) 2.2 構造及工作原理 本啟閉機由傳動機構、起升機構、保護裝置、機架和電氣控制裝置等組成。其中傳動機構包括電動機、制動器、減速器、中間軸等。起升機構由開式齒輪、卷筒、卷筒軸等組成。保護裝置則包括荷重限制器和高度指示器等。 該機設有兩套起升和一套傳動機構，由一臺電動機帶動減速器、開式齒輪變速后，驅動卷筒旋轉。通過纏繞在卷筒與平衡滑輪上鋼絲繩的收放，帶動閘門上升或下降。在減速器高速軸上，設置一套常閉式電力液壓塊式制動器；減速器低速軸為雙軸伸結構，兩吊點的開式小齒輪通過聯軸器、中間軸與之相連，保證兩吊點在運行過程中始終同步。 2.3 主要技術參數 啟閉容量 2x125 KN 揚 程 10 m 速 度 1.56 m/min 吊 距 5.64 m 工作級別 Q2-輕 倍 率 1 鋼絲繩 26ZAA6X19W+FC-1670 ZS 制動器 型號：YWZ400/45 電動機 型號：YZ160L 功率：N=9 KW 轉速：n=694 rpm 減速器 型號：QJS-D450 卷筒直徑 Φ700 mm 主令控制器 LK4-048/2 荷重限制器 QCX型 3 主要部件設計特點 3.1 起升機構 3.1.1 卷筒 卷筒采用雙聯卷筒，單層纏繞，材料為HT200，卷筒直徑Φ700 mm，卷筒支承采用雙列向心調心滾子軸承，與傳統的鋼板固定支承相比，可有效的減小機構的運行摩阻力，提高啟閉機的工作效率。 3.1.2 開式齒輪 開式齒輪為低速運行，但其潤滑條件較差，這就要求開式齒輪齒面應有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，齒根要求有較高的抗折斷能力。本啟閉機開式小齒輪材料采用40Cr，調質處理，齒面硬度HB241286；大齒輪材料采用ZG310-570，正火處理，齒面硬度HB180230。進一步提高齒輪的強度、硬度，延長設備的使用壽命。 3.1.3 平衡滑輪 前拉式弧門啟閉機的吊具，傳統方法是鋼絲繩與吊頭采用鋅或鉛合金熱澆連接，制作工藝復雜，且每一吊具都必須經過拉力試驗。如果兩個吊點均采用單根鋼絲繩，當起重噸位較大時，鋼絲繩直徑較粗，甚至選不到標準的鋼絲繩。如果每個吊點采用雙根鋼絲繩，則雙吊點就需要四根鋼絲繩，這樣在施工現場調整鋼絲繩長短時，非常困難，常常達不到預期的效果。在國內已建工程中，出現過由于鋼絲繩長短調整不一致，受力不均勻，鋼絲繩被拉斷事故。后河水庫工程的弧門啟閉機設計改變了這一傳統的作法，采用兩個雙聯卷筒，通過平衡滑輪與弧形閘門吊耳連接。由于平衡滑輪為剛性結構，不能似鋼絲繩般緊貼于閘門弧面上，此時進出平衡滑輪的鋼絲繩必然與滑輪的中心線存在一偏角a，該連接方法的難點在于如何控制進出平衡滑輪鋼絲繩的偏角a。a角偏大時，鋼絲繩會碰撞滑輪繩槽側邊，甚至發生跳槽，影響閘門的平穩運行。在實際設計中，采用調整平衡滑輪直徑和厚度的方法，控制進出平衡滑輪鋼絲繩的偏角，使其不僅滿足啟閉機設計規范的要求，同時解決了鋼絲繩在運行過程中的脫槽問題(如圖三)。 長期以來，水利工程啟閉機多采用鑄鋁青銅(ZQAl9-4)作為滑輪的軸襯材料，它具有強度高，抗壓能力強等優點，但鑄鋁青銅對鋼的摩擦系數較高，需設有完善的潤滑系統，否則易造成“燒瓦”、“抱軸”等故障。近年來，自潤滑多層復合材料在水利工程上有不同程度的應用，其不僅摩擦系數小，而且具有較高的抗壓強度，滑輪軸結構簡單，無潤滑系統等優點。本啟閉機平衡滑輪的軸襯材料采用SF-2型復合材料，它由塑料-青銅-鋼背三層復合而成。在鋼板上燒一層0.45∽0.50mm厚的錫青銅網，在銅網層上通過輥軋，銅網孔隙中充滿耐磨塑料即改性聚甲醛，層厚0.45∽0.50mm。銅網層網格孔隙分布均勻，利于與塑料的結合，粘結強度較高，具有較好的干摩擦與水潤滑特性。 3.2 驅動裝置 3.2.1 電動機 電動機的選擇，主要考慮兩個因素，一是按照最大啟閉荷載及啟閉速度確定電動機的功率；二是按啟閉機類型和工作條件選擇電動機型式和工況。由于本啟閉機噸位較小 ，計算靜功率為7.9KW，選擇YZ型冶金及起重用三相異步電動機，該鼠籠式電機無需串電阻啟動，電氣控制設備較為簡單。啟閉機起升高度10m，啟閉一次約6.4min，按10min短時工作制，15%接電持續率選擇，電動機型號為YZ160L，功率9KW，轉速694rpm。 3.2.2 減速器 水利工程啟閉機的運行特點是低速重載，軟齒面減速器在長期運行后，易引起齒輪結合面的點蝕和剝落，導致啟閉機在運行過程中產生振動和噪音，嚴重影響閘門的安全運行。在總結國內水電工程減速器運行經驗的基礎上，本機采用QJRS型中硬齒面減速器，齒輪齒面接觸強度進一步提高，在重載運行情況下，可有效地避免齒輪發生點蝕、膠合破壞，提高了設備的安全可靠性。 3.3 保護裝置 本機設有荷載限制器和高度指示裝置 3.3.1 荷載限制器 為了防止閘門提升過程中啟閉機超載，引起電機過載、鋼絲繩拉斷等事故，啟閉機必須設置荷載限制器。荷載限制器分為機械式和壓電式兩種。機械式荷載限制器的工作原理是利用鋼絲繩受力大小的不同，使彈簧產生不同程度的壓縮變形，當壓縮量超過設定的范圍時，觸動限位開關，從而切斷電動機電源。由于水利工程啟閉機工作環境較為潮濕，且工作次數較少，彈簧極易產生銹蝕與變形，從而缺乏彈力，導致荷載保護裝置失靈。為確保啟閉機運行安全，本啟閉機采用壓電式荷載限制器。 目前，常用的壓電式荷載限制器，具有過載和欠載兩種保護功能。設計采用QCX型限制器，直接安裝在卷筒軸承座的下方，當鋼絲繩受拉時，傳感器將承受的壓力轉換成電信號輸出，并通過電器元件將電信號轉換成與實際負荷相對應的數值顯示于控制柜上，以便操作人員了解啟閉機運行情況。運行時，當啟閉荷載達到額定荷載的90時，傳感器發出聲光報警信號；當鋼絲繩不受力或拉力超過額定荷載的10時，自動切斷電動機電源，啟閉機停止工作。 3.3.2 高度指示裝置 高度指示裝置包括閘門開度儀和主令控制器，用于控制和顯示閘門位置。 閘門開度儀采用GD-4型光電編碼器，作為數據采集元件，安裝于卷筒端部，與卷筒同步旋轉并輸出與轉角對應的數據信號，其接收裝置既可安裝于現場，也可安裝于遠方控制中心，通過數碼顯示和信號輸出，可觀察或控制閘門的準確位置，便于實現操作自動化。 主令控制器采用LK4系列，為機械式限位保護裝置。該裝置由卷筒通過鏈條、鏈輪驅動旋轉，借助主令控制器內裝設的凸輪觸頭，可自動控制閘門的升降位置，當閘門到達預先設定的上、下極限位置時，自動停機。 4 啟閉機檢修設備 六臺啟閉機配備一套手動單梁懸掛起重機(如圖四)，供設備檢修之用。 主要技術參數： 型號 SDXQ-3 起重量 30KN 起升高度 5m 跨度 3m 軌道長度 2x72m 后河水庫為重力拱壩，起重機大車須在兩條不同半徑的懸吊式弧形軌道上行走。上游和下游軌道曲率半徑分別為R1=118.91m和R2=115.91m。為使起重機在弧形軌道上行走自如，兩條軌道上的行走車輪應有不同的直徑(圖五)。 大車的行走由鏈輪控制，導鏈驅動鏈輪轉動時，兩條軌道上兩個主動輪作相同的轉動，但行走的弧長不同。根據兩行走弧長所對應的中心角相等的條件，可確定車輪直徑大小： 由 由于吊車行走在曲率半徑不同的兩條軌道上，除應采用不同的輪徑外，還可采用帶有旋轉立柱的滾輪支承結構，以防止啃軌。但因本機為手動驅動，大車行走速度甚低，采用異徑設計應能滿足運行要求。 后河水庫溢流壩啟閉機及其檢修設備均已安裝調試完畢，投入使用，運行情況良好。 <