淺談三河閘加固工程慢速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)

陳 鐘 龍 俊 孫建偉 陳 凱

一、工程概況

三河閘位于江蘇省境內(nèi)的洪澤湖東南部，是淮河下游入江水道的重要控制口門，也是淮河流域骨干工程。閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共63孔，每孔凈寬10m，采用鋼結(jié)構(gòu)弧形閘門，直支臂支承，采用2×75kN手、電兩用固定卷揚(yáng)啟閉機(jī)。經(jīng)過60年運(yùn)行，三河閘啟閉機(jī)已經(jīng)暴露出嚴(yán)重的安全隱患。2008年通過水利部金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)中的檢測(cè)和符合計(jì)算，三河閘啟閉機(jī)存在系統(tǒng)性能差、結(jié)構(gòu)落后、老化損壞嚴(yán)重、零件落后、啟閉力超過額定容量等問題。為保證工程運(yùn)行安全，2009年江蘇省水利廳對(duì)三河閘啟閉機(jī)進(jìn)行專項(xiàng)安全鑒定，安全鑒定評(píng)定啟閉機(jī)為四類。

根據(jù)“安全檢測(cè)結(jié)論”和“安全鑒定結(jié)論”，三河閘啟閉機(jī)必須進(jìn)行更新改造設(shè)計(jì)，拆除原啟閉機(jī)，更新為QH-2×100kN-12.0m弧門固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，共計(jì)63臺(tái)套。

三河閘原啟閉機(jī)啟閉速度為0.19m/min，由于此次改造不涉及水閘閘室結(jié)構(gòu)部分，為確保水閘安全運(yùn)行，水閘啟閉速度應(yīng)不大于0.19m/min。如仍采用原結(jié)構(gòu)（六級(jí)傳動(dòng)）類似方案，體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修保養(yǎng)不便，需要加大工作橋尺寸，普通卷揚(yáng)啟閉機(jī)的啟閉速度（1.0～2.5m/min）也遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)啟閉速度。基于以上因素考慮，需專門設(shè)計(jì)一種低速弧門卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。

二、啟閉機(jī)布置

1.啟閉機(jī)總體布置

要達(dá)到較低的啟閉速度，就需增大減速裝置傳動(dòng)比，造成整體布置尺寸和整機(jī)重量較大，故需選用傳動(dòng)比大、承載能力高、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的減速裝置代替常規(guī)減速裝置。因此，需將普通卷揚(yáng)式啟閉機(jī)中的減速器更換成具有大傳動(dòng)比、高承載能力、高傳動(dòng)效率、結(jié)構(gòu)緊湊的連環(huán)少齒差減速器。

普通卷揚(yáng)式啟閉機(jī)減速器布置在左側(cè)或右側(cè)起升機(jī)構(gòu)中，外形占用范圍較大。為進(jìn)一步減小啟閉機(jī)外形尺寸和優(yōu)化啟閉機(jī)外形設(shè)計(jì)，將減速器布置在左右側(cè)起升機(jī)構(gòu)的中間。具體布置方案為：?jiǎn)㈤]機(jī)采用集中驅(qū)動(dòng)方式，由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)減速器變速后、在減速器兩側(cè)低速軸各通過一根中間傳動(dòng)軸，帶動(dòng)左右起升機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)閘門上升或下降。在減速器高速軸電機(jī)一側(cè)，設(shè)置一套常閉式電磁制動(dòng)器，見圖1。

2.啟閉機(jī)主要技術(shù)特性

QH-2×100kN-12.0m低速弧門卷揚(yáng)式啟閉機(jī)主要技術(shù)特性見表1。

圖1 啟閉機(jī)總體布置圖

表1 啟閉機(jī)主要技術(shù)特性表

表2 CHC系列少齒差減速器與國(guó)內(nèi)外同類減速器的主要性能對(duì)比表

三、主要零部件選擇

1.電動(dòng)機(jī)

選用YZ112M-6型冶金及起重用三相異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)在負(fù)荷持續(xù)率FC25%時(shí)，其額定輸出功率N=1.8kW，轉(zhuǎn)速n=840r/min。

2.制動(dòng)器

選用電磁閘瓦式制動(dòng)器，型號(hào)為TJ2-200/100，制動(dòng)力矩40N·M，安裝在減速器的高速軸上，制動(dòng)器安全系數(shù)為5倍，滿足規(guī)范不小于1.75的要求。

3.鋼絲繩

選擇纖維繩芯、鍍鋅6X36SW+FC1670ZS型鋼絲繩單層纏繞。鋼絲繩直徑d=34mm，公稱抗拉強(qiáng)度R=1670MPa，該型號(hào)鋼絲繩最小破斷拉力F0=598kN。鋼絲繩選型滿足要求。

4.卷筒

卷筒直徑 Dj≥e1ds（20×34mm=680mm），故選用卷筒直徑為Φ700mm，卷筒材料為HT200。

5.減速器

啟閉機(jī)的總傳動(dòng)比應(yīng)為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速除以卷筒轉(zhuǎn)速，則該工程總傳動(dòng)比應(yīng)大于9722，而選用的開式齒輪傳動(dòng)比為5.117，則減速器的傳動(dòng)比應(yīng)大于1899。

普通啟閉機(jī)選用的傳統(tǒng)減速器傳動(dòng)比受原理限制，傳動(dòng)比最大不超過1000，該工程選用的CHC236-2000齒輪連環(huán)少齒差減速器的速比為2000，滿足要求。

圖2 CHC型齒輪連環(huán)少齒差減速器結(jié)構(gòu)圖

該減速器在少齒差傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)上開發(fā)研制的一種新型減速傳動(dòng)裝置，功率從高速部分輸入、分流、減速到低速多齒同時(shí)嚙合部分，功率合成輸出，從而達(dá)到大速比、大扭矩輸出的目的。動(dòng)力從高速輕載齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)輸入，分流減速到少齒差低速重載部分，最后合成到輸出外齒輪軸并傳遞到工作機(jī)械。在少齒差內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)中存在多齒同時(shí)嚙合現(xiàn)象，使齒輪總載荷由各嚙合齒對(duì)同時(shí)分擔(dān)，單個(gè)輪齒所承受的實(shí)際載荷會(huì)有大幅度降低。齒輪齒數(shù)多，同時(shí)進(jìn)入嚙合的齒輪對(duì)數(shù)多，則減速器的承載能力較普通減速機(jī)大。減速器結(jié)構(gòu)見圖2。

以齒輪連環(huán)少齒差減速器CHC800與同類減速器比較結(jié)構(gòu)見表2。通過比較可知，該減速器具有傳動(dòng)比大、承載能力大、荷重比大、重量輕、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。

6.開式齒輪

開式齒輪傳動(dòng)比為5.117，模數(shù)12；總傳動(dòng)比為10235.3，小齒輪材料采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理表面硬度HB240-270，大齒輪材料ZG340-640，正火處理，齒面硬度HB190-210。

四、結(jié)語

慢速固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)實(shí)際使用較少，在設(shè)計(jì)中選用了CHC型齒輪連環(huán)少齒差減速器作為減速裝置，并且將該部分布置在左右機(jī)架中間，有效地解決了工程對(duì)啟閉機(jī)慢速和減小外形尺寸兩方面的要求。三河閘啟閉機(jī)在制作安裝過程中，先后通過了空載、靜載、動(dòng)載等試驗(yàn)檢測(cè)，并已實(shí)際投入使用，效果良好