后拉式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)探討

王全斌 王東平

（江河機(jī)電裝備工程有限公司 北京 100070）

由于弧門(mén)啟閉機(jī)自重大、價(jià)格高，啟閉機(jī)平臺(tái)在水工建筑物布置上矛盾較多，在一些水電工程后拉式的布置形式也會(huì)被采用 （如圖1所示）。有的工程中甚至直接采用QPQ系列平門(mén)啟閉機(jī)代替弧門(mén)啟閉機(jī)使用，將卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在閘壩后部公路橋下，閘門(mén)支鉸牛腿頂部平臺(tái)下；動(dòng)滑輪組吊具直接與面板后面下主梁的兩端相連接，定滑輪設(shè)在閘墩頂部，鋼絲繩的纏繞布置如圖2所示。

圖1 后拉式弧門(mén)啟閉機(jī)的布置

后拉式起吊布置，可采用單側(cè)布置，也可采用雙側(cè)后拉式或中部后拉式，應(yīng)因地制宜。由于后拉式啟閉機(jī)是利用平門(mén)啟閉機(jī)改裝而成，其鋼絲繩受力方向改變，故應(yīng)對(duì)平門(mén)啟閉機(jī)作相應(yīng)改動(dòng)：

（1）原機(jī)滑輪組基本上不能采用，需要重新設(shè)計(jì)滑輪組；

（2）原機(jī)卷筒組受力方向是垂直向下的，而今改變?yōu)樗叫崩芰Ψ较?。故機(jī)架地腳螺栓，卷筒支座及其連接螺栓等受力構(gòu)件，須重新校核強(qiáng)度并考慮加固；

（3）原機(jī)架機(jī)構(gòu)也需要局部改變其機(jī)構(gòu)；

（4）原機(jī)負(fù)荷限制器失去作用，需要重新設(shè)計(jì)負(fù)荷限制器；

（5）鋼絲繩從卷筒出來(lái)后，水平布置距離較長(zhǎng)，需要設(shè)置托繩輪及導(dǎo)向輪。

圖2 后拉式起吊裝置鋼絲繩的纏繞

下面就設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的問(wèn)題加以說(shuō)明。

1 機(jī)架分析

圖3 QPQ啟閉機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)

圖4 主梁、邊梁受力示意

圖3為QPQ啟閉機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)圖。由于鋼絲繩垂直起升，定滑輪組布置在主梁上，主梁受力較大，一般采用箱型結(jié)構(gòu)。主梁、邊梁受力簡(jiǎn)圖如圖4所示。主梁為兩端固結(jié)的中間受集中載荷作用的梁，邊梁為受兩個(gè)集中載荷作用的簡(jiǎn)支梁。

后拉式啟閉機(jī)鋼絲繩水平斜拉受力后，機(jī)架受力發(fā)生變化，同時(shí)由于動(dòng)滑輪組布置在閘墩頂上。因此QPQ系列啟閉機(jī)支撐定滑輪的主梁則可以取消，而卷筒支座受力發(fā)生變化應(yīng)在卷筒支座處設(shè)置一次梁以加強(qiáng)支座處的剛度及強(qiáng)度，同時(shí)邊梁受力也發(fā)生變化變成偏心受壓彎結(jié)構(gòu)梁。機(jī)架結(jié)構(gòu)草圖如圖5所示。

邊梁受力簡(jiǎn)圖如圖6所示。邊梁支座一端受拉另一端受壓，同時(shí)還承受軸向載荷，計(jì)算邊梁強(qiáng)度與剛度應(yīng)按壓彎構(gòu)件給予考慮。

圖5 機(jī)架結(jié)構(gòu)草圖

圖6 邊梁受力簡(jiǎn)圖

2 卷筒支座分析

QPQ系列啟閉機(jī)卷筒支座僅承受垂直載荷P。如圖7（a）所示。軸承座基本承受壓力，連接螺栓基本不受拉力或拉力很少；而后拉式啟閉機(jī)卷筒承受水平斜拉力作用后受力發(fā)生改變 （如圖7（b））。支座一側(cè)受拉力作用，另一側(cè)受壓力作用，在軸承選材時(shí)采用鑄件則應(yīng)考慮拉應(yīng)力問(wèn)題。因此連接螺栓為一側(cè)螺栓受拉另一側(cè)螺栓受壓，在計(jì)算螺栓強(qiáng)度時(shí)應(yīng)按拉力考慮。同時(shí)由于有水平載荷，支座一側(cè)應(yīng)設(shè)置剪力塊。

圖7 QPQ系列啟閉機(jī)卷筒支座僅承受垂直載荷

3 基礎(chǔ)螺栓分析

圖8 機(jī)架下部一側(cè)設(shè)置剪力板示意

QPQ系列啟閉機(jī)卷筒垂直受載，基礎(chǔ)受壓力作用，基礎(chǔ)螺栓僅起連接固定作用；而作為后拉式啟閉機(jī)，按照?qǐng)D6受力分析，一邊基礎(chǔ)螺栓受拉力，另一邊基礎(chǔ)受壓力，因此計(jì)算基礎(chǔ)螺栓時(shí)應(yīng)按拉力計(jì)算其強(qiáng)度；同時(shí)為不使螺栓直接因水平載荷而受剪，應(yīng)在機(jī)架下部一側(cè)設(shè)置剪力板，以承受水平載荷，如圖8所示，這一點(diǎn)是后拉式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的問(wèn)題，同時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算整機(jī)傾覆定性。

4 負(fù)荷限制器的設(shè)置

由于QPQ系列啟閉機(jī)受垂直載荷，因此其負(fù)荷限制器的設(shè)置在平衡滑輪支座處，采用機(jī)械式或電子式都很好布置。也可以設(shè)置在定滑輪支座下面采用壓式傳感器，或者設(shè)置在卷筒支座下也可以。后拉式啟閉機(jī)由于其布置方式改變，定滑輪設(shè)置在閘墩上，而一般又不設(shè)置平衡滑輪，因此設(shè)置機(jī)械負(fù)荷限制比較困難，可以采用拉式傳感器直接裝于承載繩上，或者采用壓式傳感器設(shè)置于導(dǎo)向滑輪底座下。

5 其它問(wèn)題

滑輪組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問(wèn)題：

定滑輪組置于閘墩上，應(yīng)設(shè)置較牢固的預(yù)埋件，要考慮其受力特殊性，基礎(chǔ)螺栓也存在受拉問(wèn)題；動(dòng)滑輪組設(shè)置在閘門(mén)面板后面；平衡滑輪則不設(shè)置。因此QPQ系列啟閉機(jī)上的滑輪組不能使用，需要按實(shí)際布置情況重新設(shè)計(jì)滑輪組。再者為了滿足鋼絲下?lián)显谒轿恢脩?yīng)設(shè)托繩輪和必要的導(dǎo)向輪及張緊調(diào)繩裝置。

以上是后拉式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)中需要考慮的主要問(wèn)題，沒(méi)有述及到的問(wèn)題與QPQ系列啟閉機(jī)設(shè)計(jì)考慮相同，不再重述。

1 胡孝良主編.水工起重機(jī)械 ［M］.北京：水利電力出版社，1988.

2 水電站機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ［M］.1987.