卡體掛體式機械抓梁存在的問題及改進方案簡析

盛戈，谷源泉，吳祥，李樹旗

(1.鄭州華林清污起重設備有限公司，鄭州 450006；2.黃河水利水電開發總公司，河南 濟源 459017；3.黃河水利委員會黃河機械廠，鄭州 450000)

0 引言

卡體掛體式機械抓梁是水電站移動起吊設備用于起吊閘門或者攔污柵的吊具，是水電站常用的起吊設備[1-3]。在國內建設比較早的老舊電站中，起吊閘門或者攔污柵的起吊吊具多采用這種卡體掛體式機械抓梁，因此這種形式的抓梁在國內老舊電站中存在巨大的保有量。

該類型的機械抓梁采用機械式卡體掛體進行自動脫鉤或掛鉤，其脫鉤或掛鉤的成功率都很低，經常出現脫鉤或掛鉤失敗的情況。同時，其對脫鉤或掛鉤的動作結果無傳感器檢測，操作人員也無法判斷其脫鉤或掛鉤動作的結果，容易造成操作人員誤操作，導致閘門或者攔污柵起吊失敗，嚴重時該類型機械抓梁會在起吊過程中與閘門或者攔污柵脫離，造成閘門或者攔污柵掉落，從而摔壞閘門或者攔污柵，甚至砸壞水工導槽，不但給電站造成重大經濟損失，而且給電站的穩定運行帶來極大的隱患。隨著社會的發展，技術的進步，對該類型機械抓梁的改造勢在必行。

本文提供了一種卡體掛體式機械抓梁的改進方案，利用該方案可以以最少的工程量將卡體掛體式機械抓梁改造為液壓自動抓梁，還能很好地保證施工質量。

1 卡體掛體式機械抓梁脫鉤或掛鉤易失敗原因分析

卡體掛體式機械抓梁的結構形式與閘門的關系如圖1所示。

圖1 卡體掛體式機械抓梁與閘門連接形式

Fig.1 Connection form of the suspended mechanicallifting beam with the gate

由圖1可以看出，卡體掛體式機械抓梁主要由導向裝置、卡體抓梁體以及定位裝置組成。圖1中的掛體安裝在閘門上，卡體掛體式機械抓梁就是通過卡體來卡住安裝在閘門上的掛體而完成起吊工作的。其工作過程如圖2所示。

圖2 閘門掛鉤及脫鉤示意

Fig.2 Indication of gate hooking and decoupling

閘門掛鉤和閘門脫鉤2種工況的轉換是借助定位裝置完成的。該機械抓梁在工作時均需由安裝在閘門上的掛體去撥動安裝在抓梁上的卡體，使抓梁卡體圍繞其安裝軸旋轉，從而實現閘門的掛鉤和脫鉤。

根據圖2顯示的機械抓梁工作原理，閘門掛鉤和閘門脫鉤工作均需掛體和卡體的動作配合來實現，特別是2種工況的初始步驟，其卡體狀態必須保證正確。但在抓梁實際運行中也發現，因受水體污物、卡體繞軸旋轉摩擦力增大、導向定位等方面的影響，卡體初始狀態不正確或者掛體在撥動卡體的旋轉中，卡體多旋轉不到位，造成卡體與掛體配合不到位，出現脫鉤或者虛掛的狀態。而對于卡體與掛體配合不到位的情況，抓梁自身無法檢測，操作人員也無從知曉卡體和掛體在起吊時的配合情況，這就容易引起閘門在起吊過程中抓梁出現單邊脫鉤或整體脫鉤，造成閘門卡在門槽內或閘門掉落砸壞門槽的事故。

2 改為穿銷式液壓自動抓梁存在的問題

解決該機械抓梁在實際運行中存在的問題，檢測卡體和掛體的配合情況尤為重要，目前帶有信號檢測的抓梁多為穿銷式液壓自動抓梁，其結構形式如圖3所示。

圖3 穿銷式液壓自動抓梁示意

Fig.3 Indication of pin hydraulic automatic beam

該類型液壓自動抓梁是通過對液壓油缸的銷軸進行穿脫動作來實現起吊閘門的，液壓油缸銷軸的穿脫狀態是通過液壓油缸穿軸到位傳感器進行檢測的，閘門吊耳的到位狀態是通過閘門吊耳到位傳感器進行檢測的。該類型抓梁在起吊閘門時對吊軸和閘門吊耳的狀態都進行了檢測，并將檢測結果反饋至司機室，故其起吊閘門的安全可靠性較高。

但此類卡體掛體式機械抓梁改造若采用上述液壓自動抓梁結構進行改造，其工程造價較高，工期較長，施工難度大。具體體現在以下4個方面：

(1)抓梁梁體需進行大的修改，去掉抓梁卡體，修改為吊板；

(2)對所有閘門的吊耳進行修改，去掉掛體，增加閘門吊板；

(3)抓梁和閘門的吊耳焊縫多為一類焊縫，現場施工難度大；

(4)需提柵整改，結構件返廠，工期較長。

3 卡體掛體式機械抓梁改進方案

根據該機械抓梁的特點，提出一種更為安全可靠的液壓自動抓梁[4-6]改進方案。該方案只需要在原抓梁基礎上添加液壓泵站、液壓油缸、卡體打開到位信號檢測、卡體打開到位機械限位[7-8]、卡體閉合到位信號檢測、卡體閉合到位機械限位、掛體到位信號檢測，具體如圖4所示。

圖4 液壓自動抓梁改進方案示意

Fig.4 Improving scheme of hydraulic automatic beam

3.1 閘門掛鉤的實現原理

在抓梁和閘門導向裝置的作用下，閘門掛體運動到位，安裝于抓梁上的掛體到位傳感器[9]會檢測閘門掛體是否運動到位，并將該信號傳輸至司機室，司機在觀測到閘門掛體到位信號后，操作液壓系統，液壓油缸驅動卡體旋轉到位，安裝于抓梁上的卡體到位傳感器會檢測抓梁卡體是否運動到位，并將該信號傳輸至司機室，司機在司機室觀測卡體到位信號，因卡體旋轉到位情況對于起吊的成功至關重要，因此在該步驟加入了液壓油缸的信號檢測，這樣能大大提高該步驟信號檢測的正確性。司機室觀測到卡體旋轉到位信號后，操作門式啟閉機起升機構，進行閘門提升作業。

3.2 閘門脫鉤的實現原理

在門式啟閉機起升機構的作用下，閘門運動就位，司機操作抓梁液壓系統，液壓油缸驅動卡體旋轉到位，安裝于抓梁上的卡體到位傳感器會檢測抓梁卡體是否運動到位，并將該信號傳輸至司機室，司機在司機室觀測卡體到位信號。因卡體旋轉到位情況對于脫鉤的成功至關重要，在該步驟也加入了液壓油缸的信號檢測，這樣能大大提高該步驟信號檢測的正確性。司機室觀測到卡體旋轉到位信號后，操作門式啟閉機起升機構，進行閘門脫鉤作業。

在閘門掛鉤和脫鉤過程中，不但設置了傳感器檢測和液壓系統檢測，還對卡體增設了機械限位，以提高其到位的準確性。

4 方案特點

(1)保留原閘門掛體不變，即保留閘門目前狀態不變，對閘門不做修改。

(2)只對抓梁的卡體部分進行改造，改動量小，容易施工。

(3)在司機室添加卡體掛體配合狀態信號顯示，方便司機對水下情況的掌握和操作。

(4)對閘門掛體到位位置進行檢測，對抓梁卡體旋轉狀態進行電感和液壓檢測并安裝機械限位裝置，確保掛脫鉤動作的正確性。

5 結束語

這種將卡體掛體式機械抓梁改造為液壓自動抓梁的方案，不僅能大大減少施工的工程量，還能很好地保證施工的質量，能節約卡體掛體式機械抓梁改造的成本，同時能夠大大提高啟閉閘門時脫鉤或掛鉤的成功率。該方案是卡體掛體式機械抓梁向液壓自動抓梁改造較為容易施工的方案，可供設計人員參考和借鑒。