王国栋 杜伟峰 杨 立(设计三处)

〔摘要〕小浪底南岸引水口工程700kN门机是本工程上的主要起重设备，用于操作进水塔拦污栅、检修门以及塔内的其它设备的安装和检修。本文主要介绍门机的布置、主要技术参数和机构设计的特点。

〔关键词〕南岸引水口工程；门机；折线绳槽；抓梁

1  概述

    小浪底南岸引水口工程700kN门机布置在引水口的进水塔上。主要用于操作塔内的拦污栅、检修门以及其它设备的安装和检修，是引水口工程上的主要起重设备。

2  门机布置特点及主要技术参数

该设备为双向移动的门机。与一般水电工程上使用的门机的布置方式不同，本门机的主小车不是沿着水流方向而是沿着与水流垂直的方向行走的。它的大车行走方向不是与水流垂直，而是顺水流方向。这主要是因为本工程的进水塔只有一座，且塔内布置的设备除两孔拦污栅是并排布置外，其余的检修门以及事故门均是沿水流方向在不同高程上依次布置的。为使门机能起吊这些设备，门机的大车运行方向就必须与水流方向相一致，门机的这种布置方式在以往的水电工程上是不多见的。

由于两扇拦污栅并排布置在进水塔前沿，且门机的主小车只能沿垂直水流方向行走，因此，门机要起吊两孔拦污栅，就必须移动到塔的前沿。这就要求门机设计时其轮距不能太大，否则会因为塔顶轨道基础悬出太长而造成水工专业设计上的困难。同时，由于拦污栅是并排布置的，门机要顺利起吊拦污栅，则必须要求主小车吊钩至门腿中心的极限距离足够大，才能保证拦污栅吊出塔顶时不与门机的下横梁相碰。这就势必要加大门机的跨度，才能满足使用要求。由于这些条件的制约，决定了本门机的“大跨度，小轮距”的布置体形。

门机的主要技术参数见表1。

表1　   门 机 的 主 要 技 术 参 数

3  主要机构设计简介

    700kN门机主要由大车运行机构、门架、司机室、起升小车、电动液压夹轨器和缓冲器等组成。另外还带有两套自动抓梁，分别用于起吊拦污栅和检修门。详见门机总布置图（图1）。

3.1   门架设计

门架由主框架、侧框架和上框架组成。主框架为支腿与主梁组成的П型结构，考虑起吊拦污栅的要求，主梁两端均悬臂。侧框架是由支腿、上横梁、下横梁和端梁组成的矩形结构，司机室设置在上横梁。上框架由主梁和端梁组成，小车轨道正轨布置在主梁上，用压板固定。门架一侧设有梯子和走台。

门架受力构件采用焊接箱型结构，各构件之间用高强螺栓连接。其中，主梁与支腿采用单端板连接，支腿接头处上设一厚板，主梁接头处的钢板开单边V型坡口，在工厂定位后工地焊接，虽然焊缝要求较严格，但构造相对简单，制作和安装方便。支腿直接与大车运行机构的支承座用螺栓连接，支承座在沿大车运行方向上焊有抗剪块，可以有效地承受碰撞载荷和水平冲击载荷，避免螺栓受剪力作用。为了增加侧框架的整体刚性与稳定性，支腿下部设有下横梁。

根据第Ⅱ类载荷组合计算，主梁最大绕度为6mm。门机组装完成后，为了保证小车运行，主梁在跨中的上拱度为14mm。

3.2大车运行机构

门机的大车运行机构由四套车轮组组成，每组车轮组由两个车轮组成。车轮组通过平衡梁铰接在门架下横梁端部，使两车轮受力均匀、明确。大车运行机构采用分散驱动的形式，且驱动装置采用结构紧凑、重量轻、便于安装和维修的“三合一”减速器进行驱动，每组车轮由一台QSC16-128型“三合一”减速器驱动，主动轮与从动轮数量各占一半。

3.3起重小车

门机起重小车包括小车机房、700kN起升机构、小车架和小车运行机构等组成。在机房上方安装有避雷装置和风向风速测量仪，以保证门机的安全。

门机起升机构布置在小车机房内，设计额定起门力为700kN。采用一台YZR225M电动机驱动，经过一台减速器和一级开式齿轮减速后，带动卷筒转动。起升机构的卷筒为折线绳槽双联卷筒，钢丝绳采用双层卷绕，以适合本机42m扬程的需要。在钢丝绳从第一层到第二层缠绕的返回处，设有阶梯式的挡环。这种形式的挡环是参照美国专利No.4071205改进而来，与普通的挡环相比，这种形式的挡环可以有效地避免钢丝绳在返回时因局部挤压和摩擦而产生的严重磨损，从而延长了钢丝绳和挡环的寿命。

起升机构的荷载控制装置采用2台HLF-3型负荷控制器，安装于定滑轮轴两端之下。实践证明，这种布置形式，由于有四根钢丝绳（共八根）的拉力作用在定滑轮上，每个负荷控制器所承担的力较大，能比较精确的反应负荷的大小，减小因钢丝绳拉力造成的误差。负荷控制器具有“超载”和“欠载”双重保护功能。超载保护功能用以防止起升机构超负荷运行，当起升荷载达到90%额定荷载时，荷载限制器发出报警信号，当起升荷载达到110%额定荷载时，自动切断起升机构电源。欠载保护功能主要是为了适应门机所带抓梁的工作方式而设，当抓梁带闸门下降过程中出现卡阻时，荷载限制器发出报警信号，并自动切断起升机构电源，以防抓梁脱钩，造成事故。当抓梁不带闸门下降时，荷载限制器不投入工作。

起升机构的位置控制是由主令控制器和高度指示器共同完成的。高度指示器预置起吊、关闭闸门过程中所需控制的各个位置，主令控制器控制起升机构的上、下极限位置，起辅助保护作用。由于拦污栅和三孔检修闸门的高程各不相同，为便于对起吊不同闸门的下限进行控制和保护，起升机构共设计了4套电气控制回路，并分别对应于不同的操作按钮，使操作过程更加方便。

小车的运行由两套QSC16-160三合一减速器驱动，位于小车架下方，这样的布置形式，结构比较紧凑，所占空间较小。在小车端部，设有两套手动夹轨器，用于锁定小车。

在小车机房内，还设有一台1t的电动葫芦，用于检修小车内的部件。

3.4自动抓梁

门机带有两套抓梁，一套用于起吊拦污栅，另一套用于起吊检修门。抓梁形式采用挂卡式自动挂钩梁。它由抓梁体、挂体和卡体组成，并与门机上的闸门开度测量装置和荷载限制器配合使用，完成抓、脱动作。抓梁体上装有与闸门或拦污栅相同的滑块和导轮，使其能在门槽中准确定位。门机的吊头与抓梁的上部吊耳连接，两个卡体对称安装在抓梁体内，并与水流方向垂直，卡体可随抓梁体上下移动。挂体垂直向上固定连接在闸门或拦污栅的顶部吊耳上，无论是挂钩或脱钩动作，挂体均随闸门或拦污栅静止不动。整个挂体分为两个工作段，上宽部为挂钩工作段，下窄部为脱钩工作段。当卡体随着抓梁体移至挂钩工作段时，挂体从两卡体中间穿过，卡体旋转扣在挂体上，即完成挂钩动作；当移至脱钩工作段时，卡体自然下垂脱离挂体，即完成脱钩动作。这种抓梁的优点是构造简单，抓梁体上无需设置信号装置，操作抓梁的提升机构也不需要设置电缆卷筒装置。

4  安装与调试

700kN门机于2001年7月安装完成并分别通过了静负荷（875kN）和动负荷（770kN）试验，门机的强度、刚度和各项设计指标完全满足设计规范要求。门机运行至今情况良好。

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