液壓自動抓梁設計及其制造

黃奮飛

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362300）

工程概況

福建省羅源霍口水庫工程SME2×250 kN門式起重機安裝在尾水檢修閘門檢修平臺上，可以分別操作2套液壓式自動抓梁（大機組尾水檢修閘門抓梁和小機組尾水檢修閘門抓梁）來啟吊兩扇大小機組尾水檢修閘門。

表1 羅源霍口水庫工程檢修閘門主要參數

由于大小機組兩扇檢修閘門的吊點距不同，因此在設計SME2×250 kN門式起重機時將門式起重機吊點距定為3.1 m，與大機組尾水檢修閘門吊點距相一致。

1 自動抓梁選型

自動抓梁有許多類型，可根據自動抓梁與閘門吊耳之間起吊的原理、機械結構以及驅動方式等，主要分為兩大類，分別為機械式自動抓梁和液壓式自動抓梁。機械式自動抓梁形式有：重錘式、吊鉤式、手動穿銷式等等。機械式抓梁通常具有結構簡易、其操作及維護過程方便等優點，但是由于起吊力小、只適用于中小型啟閉設備。液壓自動抓梁是通過液壓泵站驅動,通過液壓力推動液壓銷軸進行橫向位移，能夠自動完成閘門的穿銷和脫銷，液壓穿銷由于精度較高通常掛脫鉤準確，而且銷軸具備較大的承載能力，因此被廣泛應用于各種大中型水電站門式起重機或移動式啟閉機上，用于提升大噸位的閘門。

2 液壓抓梁的結構

液壓自動抓梁主要由抓梁結構件、液壓系統、電氣控制系統三大部件組成。自動抓梁的結構件由梁架、上下吊板、導向裝置、正反滑塊等組成，液壓系統由液壓穿銷裝置、液壓泵站、油管系統等組成，電氣控制系統由下降感應和穿脫銷感應信號裝置、電氣柜、水密封接線盒等構成。其中液壓系統和感應系統、水密封接線盒均裝在橫梁上，工作時隨閘門一起潛入水中并在水下進行工作。

2.1 梁架

自動抓梁梁架的結構一般采用的是箱型梁結構，以減小抓梁體在水中所受到浮力的原則來進行梁體結構設計，因此梁體不能做成密封式的箱體結構，方便抓梁的下落及與閘門的定位和對位。箱體結構橫截面通常都設計成雙“工字型”拼接結構，其梁體中間通過多塊筋板固定相連接，其連接筋板中間可開通孔，方便將液壓穿銷的油管和感應信號裝置的電纜均布置在箱型梁的內部，這樣布置既緊湊又美觀。

為保證自動抓梁梁架的加工質量，梁架需在胎機具平臺上拼裝，首先在胎機具平臺上進行放樣，考慮焊縫收縮，按照1/1 000比例進行放大放樣，下料時上下翼緣板和腹板長度均留有100 mm收縮余量，以保證梁體焊接完成梁體收縮后能夠達到設計尺寸。梁架焊接時以抓梁的吊點中心線為基準,先分別拼接主梁上下翼緣板和腹板，然后焊接兩根工字梁之間的連接筋板及吊板，最后焊接梁體兩側的兩根支梁。

圖1 小機組尾水檢修閘門液壓抓梁示例

2.2 吊耳板

吊耳板是自動抓梁的承重部件及連接部件,分別與門式起重機的吊具裝置及閘門吊耳配合。本自動抓梁設計啟閉力為2×250 kN，門機產生的啟閉力需要通過抓梁吊耳板傳遞到尾水檢修閘門。抓梁上部吊板通過吊耳軸與門機的吊具裝置相連接，下部吊板通過液壓裝置的銷軸連接檢修閘門的吊耳，吊耳板的板厚選取25 mm的Q235-B鋼板，可以承受250 kN的載荷。其中吊板的吊耳孔加工是液壓抓梁制作中最重要的一道工藝，其加工精度要求較高，必須在吊板整體焊接在梁架后才能進行加工吊耳孔。其主要加工流程是：先將上下吊耳板焊接在梁架上，然后在吊板上劃出縱向立體中心線和孔位線，以中心線為基準找正，用落地鏜直角鏜銑頭分別加工上、下吊耳孔，且必須同時保證抓梁的左右兩側兩個吊耳孔的同軸度和上下吊耳孔之間的平行度以及以保證下吊耳孔與穿軸裝置連接的結合面垂直度，經此加工后吊耳孔的精度得到保證，穿軸裝置銷軸在穿銷過程中才能夠精準穿過下吊耳孔，不會出現卡阻等異常現象。

2.3 液壓穿軸裝置

抓梁的液壓穿軸裝置主要由銷軸、套筒總成、活塞桿、穿脫銷傳感器和密封件等部件組成。閘門啟吊上升時，液壓穿軸裝置的銷軸將直接承受啟閉載荷，主要包括閘門自重、水下水壓力等，因此銷軸的強度和剛度必須要留有足夠的余量，以避免穿銷軸由于撓度較大而產生彎曲變形，從而導致自動抓梁穿銷軸和閘門吊耳孔的對位不準，影響了液壓抓梁進行穿脫銷的正常工作。因此根據液壓自動抓梁的起重量，我們選用了300 kN規格XGL88系列的液壓自動抓梁穿軸裝置，該銷軸穿軸直徑為Φ125，材料為40Cr合金鋼，經調質處理，硬度可達到HB260-280,滿足其強度和剛度的要求。由于液壓自動抓梁需長期在水底下工作，銷軸表面必需鍍層硬鉻，以滿足其防腐的需要。

3 自動抓梁強度校核

設計梁架主梁截面尺寸時需根據自動抓梁的起重量，在滿足其剛度和強度的要求下，依據閘門門槽的尺寸，來確定梁的高度和寬度，盡量減少梁架的截面面積，以減輕自動抓梁的自身重量，然后初步估算梁的腹板、上下翼緣板的厚度，進行梁架縱向截面的幾何性質計算，再進行驗算，經適當調整，直到合適為止。

小機組尾水閘門液壓自動抓梁為雙吊點抓梁，由于閘門與門式起重機的吊點距不一致，上下吊板不在同一條垂直線上，當自動抓梁在啟閉閘門時，抓梁梁體不僅要承受抓梁自身的重力，還要承受閘門啟閉力產生的彎矩。在彎曲應力和剪切力的共同作用下，為防止梁體出現彎曲變形，還需對梁體進行強度校核。

圖2 橫梁受力簡圖

小機組尾水閘門液壓自動抓梁主梁結構為剛性框架結構，受力復雜，計算時分解成簡支梁計算，橫梁受力簡圖如圖2。

4 自動抓梁平衡試驗

在液壓自動抓梁各大主要部件拼裝完成后，需對主梁整體做靜平衡試驗，防止抓梁在啟閉時出現傾斜的現象，從而導致液壓穿銷時出現抓梁吊板與閘門的吊耳定位配合不準的問題。可在抓梁較輕的一側增設配重塊，通過調整，使得抓梁在自由懸吊的情況下，整體保持水平靜止的狀態為止。

5 結束語

兩組液壓自動抓梁在2020年7月整體組裝完成后，進行了出廠前的試運行。在試運行中，液壓穿銷過程靈活，無出現卡阻現象，抓梁與SME2×250 kN門式起重機啟吊的配合良好，其行程限位信號發訊正確，調試達到設計預期要求。