閘門楔塊的標(biāo)準(zhǔn)化與夾具設(shè)計(jì)

□ 方躍飛 □ 孟元龍 □ 陳 俊 □ 李雪濤 □ 宗貴虎

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司 上海 200092

1 研究背景

在給排水工程中廣泛使用鑄鐵密封平面閘門,分為圓形和矩形兩種形式。圓形閘門的通徑一般小于2 000 mm,個(gè)別大的通徑可達(dá)3 000 mm。矩形閘門尺寸一般小于2 000 mm×2 000 mm,個(gè)別小的尺寸為200 mm×200 mm。上述尺寸范圍內(nèi)的閘門,在閘門門體和門框之間設(shè)有楔形壓緊機(jī)構(gòu),用于密封。在楔形壓緊機(jī)構(gòu)中,楔塊零件是關(guān)鍵零件。閘門楔塊的設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量將直接關(guān)系到閘門的止水效果。筆者對(duì)閘門楔塊進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加工夾具,用于閘門楔塊的加工,使閘門楔塊具有互換性,對(duì)降低閘門整體制造成本具有重要意義。

2 閘門楔塊標(biāo)準(zhǔn)化

當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí),為保證密封,需要向密封面施加力。根據(jù)不同的密封形式,閘門所需的密封力不同。鑄鐵圓形閘門一般采用平面密封,此時(shí)介質(zhì)需要的密封力Qm為:

Qm=π(D2-d2)qb/4

(1)

式中:D為閘門密封面外徑;d為閘門密封面內(nèi)徑;qb為閘門密封面所需比壓。

(2)

式中:m為與介質(zhì)有關(guān)的因數(shù),m取1;a、c分別為與密封面材料有關(guān)的因數(shù),材料為青銅或黃銅時(shí),a取9.3,c取3.16;p為水壓,閘門在最大水深情況下,p取0.1 MPa;b為密封環(huán)寬度,b取40 mm。

計(jì)算得到qb為1.52 MPa。

密封面允許承受的最大比壓[q]為80 MPa,設(shè)計(jì)比壓q應(yīng)滿足qb≤q≤[q]。D和d按圓形閘門最大通徑2 200 mm計(jì)算,密封銅圈按內(nèi)徑2 200mm、外徑2 280 mm計(jì)算,由此圓形閘門的質(zhì)量最大可達(dá)2 500 kg,計(jì)算得到Qm為427 643 N。

為了防止污水泄漏,在閘門門體和門框之間設(shè)有楔形壓緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)閘門緊閉時(shí),閘門楔塊的作用如圖1所示。在閘門楔塊的一端施加力F,閘門楔塊的斜面上就會(huì)產(chǎn)生反力R。

R的方向與斜面成直角,則有:

R=F/sinα

(3)

式中:α為閘門楔塊的角度,α取2.51°。

根據(jù)力平衡條件,閘門門體與門框之間的壓緊力P為:

▲圖1 閘門楔塊作用

P=Rcosα

(4)

設(shè)F為6 250 N,則一個(gè)閘門楔塊的壓緊力為142 577 N。四個(gè)閘門楔塊的壓緊力為569 852 N,大于Qm,加上作用于閘門正向的水壓力,完全滿足密封要求。

根據(jù)以上計(jì)算,將閘門楔塊標(biāo)準(zhǔn)化為兩個(gè)系列,如圖2、圖3所示。

3 夾具設(shè)計(jì)

為了加工出圖2和圖3所示閘門楔塊中1∶10的斜面,以及位置關(guān)系準(zhǔn)確的圓孔和螺紋孔,保證閘門楔塊的互換性,同時(shí)大大提高閘門的止水效果,筆者設(shè)計(jì)了加工閘門楔塊的夾具。

▲圖2 閘門楔塊系列一

▲圖3 閘門楔塊系列二

3.1 刨加工夾具

閘門楔塊系列一的刨加工夾具如圖4所示,閘門楔塊系列二的刨加工夾具如圖5所示。分析閘門楔塊特點(diǎn),加工要求高的是1∶10斜面,為此將閘門楔塊的底平面放在夾具槽底面1∶10斜面上,再加工閘門楔塊斜面,由此保證閘門楔塊斜面的加工精度。閘門楔塊材料為ZCuSn5Pb5Zn5,切削過程中所產(chǎn)生的塑性變形小,切削時(shí)與刀具的摩擦小,因此所需的切削力也小,完全滿足刨加工的要求。

3.2 鉆加工夾具

根據(jù)閘門楔塊的特點(diǎn),上楔塊上有M10和M12螺紋孔,下楔塊在斜面上有90°锪沉孔。主要保證孔的位置度,將具有螺紋孔的上楔塊放置在一起夾緊。閘門楔塊鉆加工夾具一如圖6所示,上楔塊底面向下,可以將閘門楔塊置于上模與下模之間,下斜面定位,利用內(nèi)六角螺釘實(shí)現(xiàn)夾緊,利用壓板進(jìn)行卸料,然后進(jìn)行鉆加工。

下楔塊都有锪沉孔,锪沉孔在斜面上,若不用夾具加工,鉆頭會(huì)偏離原來的位置,嚴(yán)重影響加工精度。所以利用下楔塊平面進(jìn)行定位,下楔塊置于上模與下模之間,與上楔塊夾具加工原理類似,進(jìn)行夾緊和卸料。閘門楔塊鉆加工夾具二如圖7所示。

4 結(jié)束語

楔塊是鑄鐵閘門的關(guān)鍵零件,筆者對(duì)閘門楔塊進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,針對(duì)閘門楔塊的加工設(shè)計(jì)了刨、鉆加工夾具,使閘門制造的效率提高,并使閘門楔塊具有互換性,產(chǎn)品易裝配,提高了可維修性,降低了制造成本,大大改善了閘門的止水效果。

▲圖4 閘門楔塊系列一刨加工夾具

▲圖5 閘門楔塊系列二刨加工夾具

▲圖6 閘門楔塊鉆加工夾具一

▲圖7 閘門楔塊鉆加工夾具二