提高太浦閘聯(lián)動啟閉機(jī)齒盤嚙合精準(zhǔn)率的研究與實踐

馬士磊 胡書庭 陳堯

(太湖流域管理局蘇州管理局，江蘇 蘇州 215004)

太浦閘工程通航套閘上閘首采用了一種聯(lián)動啟閉機(jī)(發(fā)明專利號：ZL 201110255328.4)用于啟閉閘門。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，受多種因素影響，該設(shè)備自投入運(yùn)用6年來，離合器左右齒盤嚙合精準(zhǔn)率僅為95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到行業(yè)規(guī)程及運(yùn)行管理的需求，工程效益亦無法得到正常發(fā)揮。為此，著力開展提高該新型雙扉門聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合精準(zhǔn)率的研究與實踐，優(yōu)化和改進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備，提升限位器可靠性，以期將精準(zhǔn)率提升至98.125%，滿足大型水利工程管理的需要。

1 工程概況

太浦閘位于蘇州市吳江區(qū)境內(nèi)的太浦河進(jìn)口，是太湖骨干泄洪河道及環(huán)太湖大堤重要口門控制建筑物。工程共10孔，每孔凈寬12m，近期設(shè)計流量為784m3/s，校核流量為931m3/s。

工程邊孔設(shè)置套閘，上閘首采用新型雙扉門聯(lián)動啟閉機(jī)，該啟閉機(jī)在主卷筒末端加裝同軸副卷筒，主、副卷筒分別通過鋼絲繩連接下扉門、上扉門，通過離合器的分離與結(jié)合實現(xiàn)下扉門獨立轉(zhuǎn)動或上下扉門聯(lián)動。該聯(lián)動啟閉機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵是離合器的左右齒盤能否實現(xiàn)精準(zhǔn)對位并準(zhǔn)確嚙合。多年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，離合器多次出現(xiàn)左右齒盤嚙合錯位現(xiàn)象，已嚴(yán)重影響工程安全運(yùn)行，故對離合器左右齒盤嚙合可靠性進(jìn)行提升顯得尤為重要。

2 問題產(chǎn)生的原因

2.1 初步原因分析

2015—2018年該聯(lián)動啟閉機(jī)累計運(yùn)行640次，其中發(fā)現(xiàn)離合器齒盤嚙合錯位32次。對歷次運(yùn)行故障記錄進(jìn)行整理和分析，其結(jié)果見表1和圖1。

表1 2015—2018年聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合錯位問題統(tǒng)計

圖1 2015—2018年聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合錯位問題餅分圖

由表1和圖1可見，“限位器變形”是導(dǎo)致聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合錯位的問題癥結(jié)。只有解決“限位器變形”問題，才能有效提高該聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合精準(zhǔn)率。

2.2 深入原因分析

根據(jù)上述初步原因分析結(jié)果，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六方面對影響限位器變形的各種原因展開深入、徹底的分析，見圖2。

圖2 影響限位器變形的因果分析

針對“限位器變形”問題畫出因果分析圖，制定要因確認(rèn)表，對末端原因進(jìn)行逐項確認(rèn)，見表2。

表2 要 因 確 認(rèn)

由上述原因分析可知，接觸面形式不合理、基礎(chǔ)連接板薄弱、選材不合理、限位擋塊形式不合理4個末端原因是影響限位器變形的主要原因。為此，需針對上述4個要因制定對策并實施。

3 采取的措施

3.1 制定對策

根據(jù)上述確定的主要原因，提出解決方案，并制定對策，見表3。

表3 對 策

3.2 實施對策

3.2.1 優(yōu)化接觸面形式

a.測試離合器齒盤分離瞬間限位擋塊對限位器的最大沖擊力，該沖擊力應(yīng)為191kgf。

b.根據(jù)最大沖擊力，選定緩沖彈簧，測試、驗證彈簧技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)公式：極限壓力/(長度×壓縮率)=壓縮每毫米產(chǎn)生的力，彈簧壓縮每毫米受到的力為270/(70×24%)=16.07kgf/mm。本項目最大沖擊力為191kgf，受力后彈簧理論壓縮值約為191/16.07≈12mm。測試驗證結(jié)果見表4。

表4 本項目選用彈簧壓縮距離驗證測試情況

c.加工導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套，防止緩沖彈簧受壓后失穩(wěn)。將導(dǎo)向桿底部圓形平面作為與限位擋塊的接觸面，彈簧套裝在導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套之間，見圖3。

圖3 導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套

接觸面形式優(yōu)化后，緩沖彈簧將沖擊力全部傳遞至限位器基礎(chǔ)，且彈簧壓縮后逐漸恢復(fù)，整體受力分布更加合理。

3.2.2 加固限位器基礎(chǔ)

a.分段自加工加長、加厚、加寬限位器基礎(chǔ)連接板，見圖4。

圖4 限位器基礎(chǔ)加工示意圖

b.焊接并組裝限位器基礎(chǔ)，見圖5。

圖5 焊接組裝后的限位器基礎(chǔ)

c.在離合器齒盤分離瞬間，測試限位器基礎(chǔ)水平與垂直振幅值。

限位器基礎(chǔ)經(jīng)過加固后，器身明顯穩(wěn)固，振動明顯減弱，水平、垂直振幅值均遠(yuǎn)低于目標(biāo)值0.5mm，具體見表5。

表5 限位器基礎(chǔ)水平、垂直振幅值測試記錄

3.2.3 改變限位器材質(zhì)

a.自加工鋼材質(zhì)導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套。

b.采購圓柱螺旋壓縮合金彈簧。

c.組裝導(dǎo)向套、合金彈簧和導(dǎo)向桿，見圖6～圖7。

圖6 組裝

圖7 組裝示意圖

改變材質(zhì)后的限位器更加穩(wěn)固、結(jié)實，剛度得到明顯加強(qiáng)，耐磨性、承壓力及耐沖擊性能進(jìn)一步增強(qiáng)。

3.2.4 改變限位擋塊形式

a.采購限位擋塊高強(qiáng)度緊固螺栓并更換。

b.修正、優(yōu)化弧形限位擋塊形式，見圖8。

圖8 修正后的弧形限位擋塊

c.安裝弧形限位擋塊，當(dāng)沖擊力大于400kgf時，弧形限位擋塊自動與導(dǎo)向桿滑脫，以防止限位器變形或限位擋塊緊固螺栓剪斷。

測試修正后的弧形限位擋塊中心線與緩沖彈簧中心點左右偏差見圖9，記錄見表6。

圖9 限位擋塊中心線與緩沖彈簧中心點偏差示意圖

表6 優(yōu)化后的限位擋塊中心線與緩沖彈簧中心點偏差測試記錄

4 結(jié) 果

經(jīng)過一系列對策實施后，2020年10月—2021年4月(此期間恰逢東太湖太陽島清淤施工，作業(yè)船只通航頻繁，設(shè)備啟閉次數(shù)較多，數(shù)據(jù)易采集且具有代表性)再次對離合器左右齒盤嚙合精準(zhǔn)率進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤統(tǒng)計，結(jié)果見表7和圖10。

表7 改進(jìn)后的聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合精準(zhǔn)率統(tǒng)計

圖10 改進(jìn)前后的聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合精準(zhǔn)率柱狀圖

5 結(jié) 論

本次研究與實踐，有效地提高了雙扉門聯(lián)動啟閉機(jī)離合器齒盤嚙合精準(zhǔn)率，節(jié)約了運(yùn)行成本的同時，增強(qiáng)了套閘設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，圓滿完成了東太湖太陽島清淤工程大量船只的通航作業(yè)任務(wù)，得到了上級主管部門、地方人民政府、項目建設(shè)方與施工方的好評與肯定，可為國內(nèi)應(yīng)用類似設(shè)備的水利工程提供借鑒和參考。