液壓四連桿船閘啟閉機的設計與研制

陳思宇

（江蘇省淮陰船閘管理所，江蘇 淮安 223001）

在船閘設計當中，需要根據船閘的實際使用情況進行分析，有針對性地對船閘進行設計和研制。筆者根據多年工作經驗，全面地掌握船閘運行過程當中的水阻力矩及其變化規律并分析門體當中所存在的動態水力特性，對液壓四連桿船閘啟閉機進行了設計和改進，提高了人字門啟閉機在日常運行維護當中的可靠性，從而有效提升了船閘技術。

1 設計概況

在該文當中，筆者首先對液壓四連桿的啟閉機原理進行了全面地了解，對船閘的人字門設備進行分析，應用三角閘門和一字閘等多種方式對船閘進行改進，其改進部分主要包括了工作機構、液壓缸和泵站這3個部分。液壓四連桿啟閉機機構的運行，主要是在一個平面絲桿機構的基礎上實現的，該平面絲桿機構由曲柄AB、連桿BC、搖桿CD和機架桿AD這4個連桿組成，在船閘機械設計過程中，由于四桿機構的外形和基本形式存在著很大的差異，需要根據起閉閘門的實際需求進行改進設計。其中大齒輪是油缸活塞桿和齒條驅動進行連接的主要設備，曲柄通過主動桿與大齒輪進行固定連接。搖桿主要可以對閘門的門體與建筑物機房和大地進行連接。在這個運動關系當中可以分析得出，曲柄本身在做出勻速旋轉的同時，需要保證搖桿本身的不均勻旋轉現象。如圖1所示。

人字門的理想運行狀態是閘門門體在運行到兩端部分時，運行中間部位時速度較快，進行至兩端時速度相對較慢，在速度方面呈現出了平穩變化的現象，在沒有任何調速措施的情況下，四桿機構作為船閘啟閉機的傳動裝置，實現了人字門設備的理想工作狀態。

在人字門的實際運行過程中，筆者根據人字門運動阻力的原型觀測和試驗研究資料來進行科學有效地分析。發現在這個過程當中，人字門啟閉時的阻力矩曲線為兩頭大、中間小的馬鞍形，因此需要全面考慮動水阻力矩、頂底樞摩擦阻力矩、風阻力矩及殘余水位差引起的阻力矩等因素。與此同時，還要對門體本身的運行速度進行實際地分析。在對液壓四連桿啟閉機分析的過程中，發現其運行速度呈現出了兩頭慢但是中間快的現象，造成此種現象的主要原因是由于門體本身的阻力。這就需要對液壓缸驅動部分進行改進，使液壓四連桿啟閉機在實際運行時能夠最大限度地發揮液壓傳動的特點和優點。

圖1

2 幾何設計

四連桿在設計時，需要考慮不同的方式和方法，其中主要分為優化法和幾何法兩種方式。在該文當中，主要以某個城市的船閘啟閉機作為主要的研究對象，該城市的船閘啟閉機較小，可以利用簡單且規范的幾何法對其進行優化設計。在設計過程中，需要詳細分析四桿機構本身所處位置和桿件尺寸參數,利用幾何方式計算人字門旋轉中心的具體運行規律，并作出相應設計方案。四桿機構運行時，船閘啟閉機四桿機構中的連桿和搖桿之間所呈現出來的夾角被稱之為傳動角，傳動角越小，起閉閘門的有效分力也會越小。因此在進行四桿機構的運行過程當中，需要保證良好的傳動性能以適應傳動角的大小變化，在傳遞力矩較大時，需要根據實際情況確定其傳動距離的大小。

如果閘門處于全關和全開的位置時，需要保證兩者的位置處于一條直線并且重合的狀態，這樣閘門在運行到兩端時速度為零，以此來消除啟閉機開關時的撞擊現象。另外，針對門體變形問題，需要根據平水位和有水位的差來分析閘門的關門位置，對于不同狀態下的門體變形情況進行有針對性的處理，有效地確定拉門點位置，保證門體能夠正常開關。

3 液壓四連桿船閘啟閉機的研制

上文對液壓四連桿的船閘啟閉機進行了科學的分析，在實際的四連桿的船閘啟閉機設計制造過程當中，我們還需要根據我國相關的法律法規，進行設計方案的研究和施工圖紙的設計。在該文當中，主要以某個南方城市的船閘設計為研究對象，在制造的過程當中，需要根據當地省交通廳的具體意見，結合工程的實際需求對船閘進行科學的分析和設計，設計方案在提交到評審會評審合格后，要第一時間對船閘液壓四連桿啟閉機進行設計制造。

為了保證工程質量，四連桿機構的部件需要在該省的省交通工程公司鎮江機械廠加工。齒輪、齒條及曲柄方面需要使用鑄鋼件來制造，其中需要保證齒輪以及齒條傳動低速運行，齒輪需要利用展成法滾加工，而齒條則需要利用龍門刨床加工，以保證齒輪、齒條及曲柄的質量。在該船閘啟閉機安裝過程當中，由于本身所存在的曲柄與齒輪是用固定銷聯結的，因此對中心孔的距離尺寸精確度要求較高，因此需要對齒輪以及曲柄本身的連接方面進行銷孔加工，使用專用工夾具并用撞削加工的方式來最大限度地保證其可互換性的具體需求。

在安裝前，需要保證四桿機構本身位置的準確性，現階段的水平儀、方框水準儀、線錘直尺等測量儀器還不能準確測量安裝部件的位置、尺寸。所以，需要在對現場的實際情況進行分析之后，反復測量各設備安裝點的準確位置。在安裝過程中，也要根據前面所提到的每一個對應點位所處的位置進行準確的確定，保證每一個點的精確，有效地避免施工當中所出現的偏差，以此來保證整體工程的質量，在促進經濟效益和社會效益同步發展的同時，對于船閘啟閉機本身的技術推廣和創新也可以啟動到有效的推動作用，更加良好地服務于社會經濟建設。

4 結語

綜上所述，在對船閘啟閉機進行科學設計的過程當中，需要根據實際情況做出分析，在實際工程的基礎上使用合理的施工設計方案進行設備的建設，達到節約投資的效果，保證船閘啟閉機穩定運行，提升其應用效率，促進經濟效益和社會效益的全面提升。