船閘反弧門聯門軸拆裝工裝設計及強度分析

杜超 馬武杰 譚勇

摘 要：為解決某大型高水頭船閘反弧門聯門軸拆裝困難，通過查閱反弧門圖紙、實地勘測及合理結構選擇，設計出一款船閘反弧門聯門軸拆裝專用工裝，并通過有限元計算結果進行強度核算。最后，將所設計校核的聯門軸拆裝專用工裝用于大型高水頭船閘反弧門，工裝提高了聯門軸拆卸效率并保障了安全。

關鍵詞：船閘檢修;工裝設計;強度分析;工程應用

中圖分類號：U641? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0109-03

大型高水頭船閘閘室充泄水是通過輸水廊道來進行的，而輸水廊道的開關控制主要由兩側的反向弧形門來實現，反弧門的動力是依靠液壓油缸。液壓油缸帶動吊桿組、吊桿組通過聯門軸將力傳遞給反弧門使其完成開關門動作[1]。

在反弧門開關門運行系統中，聯門軸是其中易損部件，在聯門軸的換損過程中，常常會遇到拆卸困難，這給船閘檢修工作增添了許多麻煩[2]。本文設計的反弧門聯門軸拆裝工裝能較好地解決目前存在的拆卸問題。

1反弧門聯門軸拆裝工裝結構設計

通過前期的實地尺寸測量和反弧門耳板圖紙數據對比，設計了如圖1、圖2所示銷軸式反弧門聯門軸拆裝工裝。

反弧門聯門軸拆卸工裝由五部分組成，分別為左右支撐板、前后支撐板和16t機械千斤頂。通過查閱圖紙資料及現場測量可知：16t機械千斤頂頂高為385mm，吊耳寬為406mm，聯門軸直徑為220mm、長為500mm，構件1、構件2為截面150mm×20mm的板鋼，前后支撐板為截面100mm×20mm的板鋼。吊耳長約為740mm，故工裝寬度為740mm。故拆卸工裝內徑總長為385+406+（500-406）/2=838mm，設計尺寸為890mm，承壓板厚度為52mm。

反弧門聯門軸回裝工裝在拆卸工裝的基礎上增加一塊長度方向板和一個銷軸托架，此時回裝工裝內徑總長為385+406+500=1291mm，設計尺寸為1343mm，承壓板厚度為52mm。

2 聯門軸拆卸工裝有限元強度分析

2.1模型建立及前處理

對于聯門軸拆卸工裝，在三維軟件ANSYS中建立其模型，并建立實際工作情況的吊耳與之裝配[3]。裝配完成后，得到的三維實體模型如圖3所示：

將三維實體模型導入ANSYS中，采用solid187單元進行四面體網格劃分，工裝材料選用Q235號鋼材，Q235號鋼材料特性參照GB/T 700-2006 如表1所示：

在ANSYS軟件中將工裝和吊耳各部分glue，隨后再對各個體進行網格劃分，得到整體有限元模型如圖4所示，其中，單元數為176163個，節點數為295951個。

2.2 工裝有限元分析邊界條件

實際工作過程中，將千斤頂放在承力板上，將吊耳中間的軸頂出去。故可施加如下邊界條件：①在工裝與千斤頂接觸面上所有節點施加水平向左的16t的力;②工裝與吊耳所有體進行glue;③吊耳底板底面節點施加全約束。圖5給出了工裝有限元分析的邊界條件：

2.3 聯門軸工裝有限元結果分析

圖6給出了聯門軸工裝的整體等效應力云圖，圖7給出了聯門軸工裝的整體綜合位移云圖。由圖可知，整體等效應力的最大值為570MPa，出現在吊耳與工裝接觸的位置，表現為應力集中，其他地方的最大應力在187MPa左右;整體綜合位移最大值為1.212mm，出現在與千斤頂接觸的構件1上。

圖8給出了聯門軸工裝等效應力云圖，圖9給出了聯門軸工裝綜合位移云圖。由圖可知，工裝等效應力的最大值為433MPa，出現在與支撐板接觸的中間桿的位置，表現為應力集中，其他地方的最大應力在190MPa左右;整體綜合位移最大值為1.212mm，出現在與支撐板相連的中間桿上。

圖10給出了吊耳等效應力云圖，圖11給出了吊耳綜合位移云圖。由圖可知，吊耳等效應力的最大值為302MPa，出現在吊耳與工裝接觸的邊緣位置，表現為應力集中，其他地方的最大應力在100MPa左右;吊耳位移最大值為0.426mm，出現在吊耳右側頂部。

應力集中是由于接觸面積過小導致局部應力過大，只出現在受力的一瞬間，這種現象會隨著工件材料的彈性變形進而受力均勻得到解決。以上分析可知，工裝和吊耳上的最大應力均在190MPa左右，小于材料許用應力，且與理論計算值相符;工裝和吊耳上的最大位移為1.212mm，為彈性形變，不影響工裝使用。

3 聯門軸拆卸工裝工程應用

將設計出的船閘反弧門聯門軸拆卸工裝應用于某大型船閘反弧門聯門軸拆卸，效果良好，僅用了不到半小時就將反弧門聯門軸取了出來，安全性和時效性均得到提高。如圖12所示。

4 結論

通過對船閘反弧門聯門軸拆裝工裝設計研究、強度校核及實際應用，可以得到如下結論：

（1）綜合考慮反弧門檢修場地尺寸、吊耳及千斤頂實際尺寸設計了滿足實際需要的聯門軸拆裝工裝。

（2）采用材料力學理論計算工裝各部分強度，利用有限元軟件ANSYS對工裝強度進行仿真分析，其結果與理論計算吻合良好。

（3）實際應用了所設計校核的聯門軸拆卸工裝，提高了聯門軸拆卸效率并保障了安全，滿足了船閘檢修實際需求。

參考文獻：

[1]高雄. 葛洲壩船閘計劃性大修實踐[J]. 水運工程， 2001（5）： 5-9.

[2]長江三峽通航管理局.船閘檢修技術規程：JTS 320-3—2013[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.

[3]李萬全. ANSYS 14.5機械與結構分析實例詳解[M]. 機械工業出版社， 2014.