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新安江水电厂坝顶门机吊具自动穿销装置的研究

顾承庆!赖江波!马!俊"国网新源水电有限公司新安江水力发电厂#浙江 杭州!&$$0#)%

#摘!要$!本文介绍了新安江水电厂坝顶门机吊具与平衡梁自动穿销装置的研究过程' 该装置可有效解决水电

厂坝顶门机吊具与平衡梁间的穿销困难问题#实现自动穿销#同时还可以在断电时进行手动穿销' 该装置结构简

单可靠#运行稳定#便于安装维护' 有效降低了工作人员的劳动强度与作业风险#保障了电站防洪度汛工作的顺利

开展#可为相关水电厂启闭机械手动穿销装置的更新改造提供借鉴'

#关键词$!门机$吊具$平衡梁$自动穿销$新安江水电厂

中图分类号% '(/*!!!!文献标志码% J!!!!文章编号% $##,-.//.&"#$&'#.-#%#-#.

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收稿日期! "#$)Y$"Y#%

作者简介! 顾承庆*$%))/+"男"本科"工程师"主要从事水轮发电机组检修及电站项目管理工作#

!!新安江水力发电厂是中国第一座自行设计$自制

设备$自己施工建造的大型水电站# $%0# 年 - 月 "" 日

第一台机组投产发电"现有装机 % 台"总容量 ). 万 M=#

电厂主要承担华东电网调峰$调频和事故备用任务"并

发挥防洪$灌溉$航运$养殖$旅游$水上运动和林果业

等综合效益# 由于设计较早"新安江电厂坝顶门机吊

具与平衡梁之间的连接采用手动穿销的方式# 穿销安

装在吊具上"重量较大"脱出时挂钩呈倾斜状态"穿销

,*(,

工作通常需要两名工作人员"在离地面约 ",.R临近大

坝边缘且高于坝顶护栏的操作点上"相互配合工作 $?

以上才能完成# 操作不仅繁琐费时费力"还存在较大

的安全隐患"不利于防汛工作的有序开展# 为解决以

上问题"亟须研究出一种自动穿销装置# 相关研究人

员对于自动穿销装置的研究主要是在启闭机设计和系

统控制方面"老旧设备改造方面的研究较少# 通过自

制穿销装置不仅可以节省成本"还能够根据工程实际

研制出更符合需求的产品#

$!自动穿销装置研制过程

"#$0 年 $/& 月"制定研究计划"确定研究方向"确

定采用电动装置完成自动穿销工作"实现坝顶门机与

平衡梁之间的自动穿销# 同时根据确定的研究方向编

制配合研究的采购文件"并完成采购文件的提报#

"#$0 年 -/0 月"确定合作单位"与合作单位共同

完善研究方案"确定所需设备及材料等"并与合作单位

签订合同#

"#$0 年 */% 月"根据门机的工作环境"完成电动

穿销方式工作原理研究"论证电动穿销方式工作的可

行性"并完成了初步设计方案"确认采用电机驱动加摩

擦轮传动方式进行电动穿销柔性驱动"绘制初步设计

图纸# 在经过现场调试$整改$调整等一系列优化工作

后"最终确定电机设置在装置中部"并初步完成自动穿

销装置试制#

"#$0 年 $#/$" 月"进行现场调试"验证自动穿销

装置是否能够准确安全地进行穿销工作# 根据现场调

试结果对自动穿销装置再次进行改进# 最后对该项目

进行总结$评定和验收#

"!自动穿销装置简介

",$!主要技术参数

自动穿销装置主要技术参数见表 $#

","!自动穿销装置布置

早期计划在原有手动穿销装置基础上增加齿轮变

速$电机动力和驱动丝杆推动穿销运动# 经试验验证"

表 $!自动穿销装置主要技术参数

项!!目 参数值 项!!目 参数值

驱动载荷*穿销重+ZM< &##

穿销运行速度Z*RZR8;+ *

穿销运行长度ZRR 0.#

橡胶轮直径ZRR $0#

齿条$

齿轮

模数RZRR "

齿轮齿数N

$

&#

齿条齿数N

"

)##

手动操作轮直径ZRR $.#

蜗

轮

减

速

器

电

动

机

型!号 XeY#.#

输出转速Z*HZR8;+ $-

传动比 $##

许用功率ZM= #,$)

输出扭矩Z*6,R+ ..

型!号 >4*$",-

额定功率ZM= #,&*

额定转速Z*HZR8;+ $-##

手动操作力Z6 *)

此方案不能有效解决吊钩倾斜问题"穿销时无法对中

吊具孔"无法实现自动穿销功能# 经进一步优化方案

后"决定将穿销装置安装在平衡梁上# 试制时发现直

接采用电动机械传动容易发生机械损坏和电机过载等

故障"可采用摩擦机构柔性驱动方式解决此类问题#

为保证摩擦力稳定"设计采用高质量直线轨道安装穿

销"保证穿销行走的稳定性# 同时"设计摩擦轮合理的

运行阻力值"保证穿销发卡时"通过摩擦轮打滑"防止

电机过载和机械损坏等故障"有效保证了装置的平稳

运行# 自动穿销装置设计图见图 $# 穿销装置布置如

下所述#

3,穿销机座上安装直线轨道"直线轨道上装有导

向滑块"保证穿销工作直线平稳运行$阻力可控#

F,穿销采用无缝钢管"前半部为穿销工作连接

部"后半部为穿销工作辅助运行部# 辅助运行部安装

在导向滑块上"用螺栓固定"随着滑块沿直线轨道

运行#

5,采用涡轮减速电机驱动橡胶轮"在穿销工作辅

助运行部上方工作面转动# 通过弹簧调节橡胶轮压

力$摩擦推动穿销进行直线运动"以达到驱动目的#

;,穿销辅助运行部安装齿条"侧面安装手轮"通

过手轮带动齿轮推动齿条运行"使穿销进行直线运动"

同样可以达到驱动目的# 在设备断电时"保证可以手

动操作进行穿销工作#

,!(,

顾承庆等Z新安江水电厂坝顶门机吊具自动穿销装置的研究! !!!!

1,该装置控制采用安全电压按钮与遥控器两种

控制方式# 通过接触器控制电机正反运转"通过限位

开关控制运行长度#

A,自动穿销装置为独立单元设备"直接安装在平

衡梁两端"可以单独运行连接#

自动穿销装置实物图见图 ""该装置动力部分由

电机$减速器和摩擦轮组成# 穿销速度为 *RZR8;# 采

用摩擦轮传动"可防止穿销发卡时电机过载$减速器损

坏"摩擦轮传动实物见图 &# 为保证在断电情况下可

以较轻松地进行手动穿销# 该装置还同时设计了一套

纯手动备用操作装置"手动备用操作装置通过齿条带

动穿销"齿条与摩擦条平行布置"手动备用操作装置实

物见图 -# 装置底座上设有前后两只行程开关"穿销

伸缩到位触碰开关后自动停止运行"行程限位布置实

物图见图 .#

图 $!自动穿销装置设计图 *单位!RR+

注%$/导轨%"/穿销%&/方轨%-/限位架%./导轨轴承%0/电控箱%*/齿轮%)/橡胶轮%%/涡轮减速器

*!主要参数验算

&,$!动力性验算

设计摩擦轮合理的运行阻力值"可以保证穿销时"

能够通过摩擦轮打滑来防止电机过载以及机械损坏等

故障"有效保证了该装置平稳可靠地运行#

橡胶与钢的摩擦系数'为 #,)"正压力L为 &##6"

钢与钢的干摩擦系数'

$

为 #,""销轴重?约为 $##M<#

驱动力!@l

'

Ll#,) ]&## l"-#6

穿销运行阻力!@

P

l

'

$

?l#," ]$## ]%,) l$%06

因驱动力 @大于穿销运行阻力 @

P

"故驱动力满足

要求#

&,"!运动性验算

电机转速 (为 $-##HZR8;"减速机速比 -为 $Z$##"

橡胶轮直径9为 $0#RR"运行长度 M为 0.#RR#

穿销实际速度!3l(-

5

9l$-## ]$Z$## ]&,$- ]

$0#Z$### l*RZR8;

穿销实际运行时间!'lMV3l.,0E

,"(,

图 "!自动穿销装置实物

图 *!摩擦轮传动部分实物

图 .!手动备用操作机构实物

图 ,!行程限位装置实物

&,&!电动机复核

穿销运行阻力 @

P

为 $%06"运行速度3为 *RZR8;"

摩擦传动效率-

:

为 #,)#

电机静功率计算公式! L

a

l@

P

3Z* $###

-

:

+ l

#,#&M=!

计算得电机静功率L

a

为 #,#&M=

考虑电机惯性系数]

K

为 "

电机功率Ll#,#& ]" l#,#0M=

据此选择 >4 *$",- 电动机"功率 #,&*M="转速

$-##HZR8;"可以满足要求#

&,-!减速器选择

电动机转速为 $-##HZR8;"穿销运行阻力为 $%06"

穿销实际速度 *RZR8;"橡胶轮直径 $0#RR"所需传动

比为 $###

计算所需输出扭矩!5l@

P

9Z" l$06,R

由于计算值小于..6,R"故选择XeY#.#蜗轮减速

器"传动比 $##$功率 #,$)M=$输出扭矩 .. 6,R是合

理的"所选减速器能够满足输出扭矩要求#

&,.!手动机构操作力

齿轮模数U为 "RR"齿数N

$

为 &#"运行阻力 @

P

为

$%06"手轮直径9轮为 $.#RR#

所需手动机构操作力!@

I

l@

P

UN

$

V9轮 l$%0 ]"

]&#Z$.# l*)6

计算所需手动机构操作力为 *)6"符合人机工程

学中&对操作活动受一定限制"作业姿势坐$立交替时"

手动机构操作力应为 .#6+$##6'的要求# 因此手动

操作结构设置合理"满足相关要求#

经以上验算"各参数选择均能满足运行驱动和速

度要求# 装置加工制作完成后"对新安江水电厂坝顶

门机吊具进行了相应改造"安装调试后正式启用运行"

运行过程中穿脱销顺畅"现已顺利运行近两年时间"运

行过程中均未出现卡阻等异常现象# 经对实际的手动

机构操作力测试"其操作力约为 *#6"与计算值相近"

表明该装置的自动穿销及手动穿销动作的安全性和可

靠性均得到了有效验证#

,#(,

顾承庆等Z新安江水电厂坝顶门机吊具自动穿销装置的研究! !!!!

.!结!语

该装置实现了新安江水电厂坝顶门机与平衡梁之

间穿销的自动化"消除了作业人员登高作业的风险"大

大降低了作业人员的劳动强度"保证了穿销工作的安

全顺利进行"并极大地提升了工作效率# 设计摩擦力

合理的运行阻力值"保证穿销卡阻时"可以通过摩擦轮

打滑来防止电机过载和机械损坏等故障"有效地保证

了该装置平稳可靠地运行# 电气控制箱设置在装置后

部"有效利用了现场空间"优化了装置的整体结构"且

便于安装"安全可靠"有利于检修维护工作的顺利

开展#

目前新安江水电厂坝顶门机与平衡梁自动穿销装

置的运行情况良好"坝顶门机与平衡梁之间穿脱销顺

畅无卡阻"在改造过程中节省了成本"实现了较大的经

济和社会效益"在确保操作人员人身安全的同时"有效

降低了作业人员的劳动强度"为防汛工作顺利开展提

供了安全可靠的保障# 该装置也可以为相关水利水电

工程启闭机械手动穿销装置的更新改造提供借鉴#

!

参考文献

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东电力""##.*.+!0"Y0.S

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研究071S人民长江""#$)"-%*$+!)0Y)%S

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动启闭机设计071S水利建设与管理""#$-"&-**+!

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

&"Y&-S

&上接第 00 页( 工安全性较好"施工对周围环境影响

较小"机械化程度较高"施工质量控制简单"初期支护

减少而且较钻爆法简单"节省人力及降低劳动强度"集

中控制实现远距离操作"最主要的是掘进机法施工洞

室超欠挖控制良好"洞室成型较好#

但掘进机法对围岩适应性较差"对于强度较高的

砂岩"截割效率大幅度降低"截齿消耗增加"增加了炮

头的损耗率". 号斜井开挖 $.#,0R"更换了一次炮头"

开挖成本提高%水系统降尘效果较差"洞内视野差"严

重影响出渣效率"在斜井内出渣安全性系数较大"环保

性较差%一次性投资大"施工过程中出现设备大件故障

时"由于重量大$坡度陡$洞室空间小等特点导致设备

维修困难# 同时机器制造周期长"刀具的消耗和维修

费用高昂#

",*,"!钻爆法施工优缺点

与掘进机法相比"钻爆法施工比较灵活"可快速开始

施工"适应各种形状$尺寸$大小的地下洞室开挖"围岩

适应性强"开挖设备成本低"使用简单#

*!结!语

综上所述"两种施工方案各有利弊"各有侧重点"结

合工程的实际地质条件可以采用不同的施工方法"条件

允许"可以同时采用两种施工方法施工# 本文通过对本

工程开挖中钻爆法与掘进机法施工进行对比分析"对两

种工艺的适应性$施工工艺$资源$功效$资金投入$质

量$安全$优缺点等方面进行分析"找出各自的特点"可

为类似工程施工及选择提供依据#

!

参考文献

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洞的比较071S山西水利科技""###*-+!$Y.S

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