機(jī)械轉(zhuǎn)鉤式全自動(dòng)抓梁的設(shè)計(jì)及在南水北調(diào)中線工程的應(yīng)用

1、機(jī)械轉(zhuǎn)鉤式全自動(dòng)抓梁的設(shè)計(jì)及在南水北調(diào)中線工程的應(yīng)用摘要：機(jī)械轉(zhuǎn)鉤式全自動(dòng)抓梁是靠自身重力和電動(dòng)葫蘆的拉力，驅(qū)使抓梁吊 鉤循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)疊梁檢修閘門掛脫鉤一種純機(jī)械機(jī)構(gòu)，具有無需人力干預(yù)、 滿足水下抓取、對(duì)水質(zhì)無潛在污染、節(jié)能經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。它在水工啟閉抓取設(shè)備上， 首次實(shí)現(xiàn)了機(jī)械全自動(dòng)抓脫閘門，在南水北調(diào)中線一期工程中得到了廣泛的應(yīng)用 和認(rèn)可。本文詳細(xì)介紹此類抓梁的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)，以供同類工程金屬結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)借鑒。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)鉤；機(jī)械全自動(dòng)；定位裝置；抓梁1.概述在南水北調(diào)中線一期工程河南段，涉及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的各類建筑物共計(jì)近百 座。其建筑物進(jìn)出口，均設(shè)有或部分設(shè)有檢修疊梁門，其孔口寬度為69

2、.5m寬， 設(shè)計(jì)檢修水頭為711m，檢修疊梁門設(shè)2m高左右為一節(jié)，一套檢修疊梁門為4 或5節(jié)，啟閉設(shè)備均為一臺(tái)MDI2x100kN移動(dòng)式電動(dòng)葫蘆配合自動(dòng)抓梁逐節(jié)抓 取，利用各節(jié)門間的互換性，最終疊加全所需門高擋水檢修，整個(gè)南水北調(diào)河南 段需設(shè)抓梁近百套，針對(duì)如此大數(shù)量的設(shè)備選型，我們經(jīng)過大量的優(yōu)化篩選，最 終確定選用機(jī)械轉(zhuǎn)鉤式全自動(dòng)抓梁。2.設(shè)備組成及設(shè)計(jì)機(jī)械轉(zhuǎn)鉤式全自動(dòng)抓梁主要由梁架、抓梁吊耳及轉(zhuǎn)鉤裝置、導(dǎo)向裝置、定位 裝置組成。導(dǎo)向裝置跟閘門類似，其又包括主滑塊、側(cè)滑塊和反輪組成。2.1梁架梁架是根據(jù)疊梁閘門及其門槽和自身機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的抓梁載體，一般有兩 個(gè)槽鋼、鋼板和加固件焊接而成。根

3、據(jù)抓梁布置特點(diǎn)，梁架不受起吊荷載，滿足 構(gòu)造要求并且有一定的剛度即可，其上可以根據(jù)平衡及自重的需要加配重。2.2抓梁吊耳和轉(zhuǎn)鉤裝置抓梁吊耳和轉(zhuǎn)鉤裝置往往在一起設(shè)計(jì)，是機(jī)械轉(zhuǎn)鉤式全自動(dòng)抓梁的核心部 件。抓梁吊耳與電動(dòng)葫蘆吊頭相連，控制抓梁的起降；轉(zhuǎn)鉤裝置的轉(zhuǎn)鉤依靠抓梁 的起與落，完成一個(gè)行程，使轉(zhuǎn)鉤在自身機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)90度，實(shí)現(xiàn)與疊梁 閘門的吊耳板掛脫。抓梁吊耳和轉(zhuǎn)鉤及其轉(zhuǎn)動(dòng)軸均為主要受力構(gòu)件，需要核算其 強(qiáng)度。2.3抓梁的導(dǎo)向裝置抓梁的導(dǎo)向裝置的主滑塊、側(cè)滑塊、反輪與閘門的主向、反向、側(cè)向支撐作 用相同，用于抓梁相對(duì)于閘門的粗定位，抓梁的定位裝置工作前，需滿足導(dǎo)向裝置全部入槽就位。2.4抓

4、梁的定位裝置抓梁的定位裝置底板入口設(shè)計(jì)成為喇叭孔，以保證閘門定位軸能順利導(dǎo)入導(dǎo) 向裝置的導(dǎo)向鋼管，其與疊梁閘門上的銷軸相對(duì)應(yīng)；疊梁閘門定位軸的頂部設(shè)計(jì) 成圓錐形，軸徑與定位裝置鋼管的孔徑留有一定間隙，以不影響抓梁轉(zhuǎn)鉤入疊梁 閘門吊槽為準(zhǔn)；閘門上的定位軸與定位裝置配合隨著抓梁繼續(xù)下落，定位裝置繼 導(dǎo)向裝置粗定位后，進(jìn)入精確定位狀態(tài)，在抓梁落致預(yù)定行程后，其底板面與閘 門腳座頂板接觸以限位，此時(shí)抓梁的轉(zhuǎn)鉤運(yùn)行至下限位，在抓梁自重的推動(dòng)下轉(zhuǎn) 動(dòng)45，也可在閘門邊梁與抓梁邊梁上焊接觸板來限位，限位要承受抓梁總重， 需要核算相關(guān)強(qiáng)度。3自動(dòng)轉(zhuǎn)鉤的工作原理前面提到了抓梁吊耳和轉(zhuǎn)鉤裝置是機(jī)械式全自動(dòng)抓梁的核

5、心部件，要了解抓 梁的工作原理，必須清楚其核心零件一轉(zhuǎn)鉤的構(gòu)造，轉(zhuǎn)鉤的構(gòu)造及工作原理示意 圖（見附圖1）。3.1抓梁吊耳、轉(zhuǎn)鉤裝置及門葉吊耳的構(gòu)造和作用：3.1.1自動(dòng)轉(zhuǎn)鉤由吊軸、吊鉤、承重螺母構(gòu)成，是主要承重及能動(dòng)構(gòu)件：吊 鉤與吊軸焊接，在閘門吊耳板的類橢圓孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)90度，實(shí)現(xiàn)與閘門上吊耳板掛 脫；吊軸上開有驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向槽，其導(dǎo)槽展開圖如圖所示（見附圖2），與抓梁固結(jié) 的吊軸導(dǎo)向筒上的導(dǎo)輪配合；吊軸頂部的螺母與吊軸螺栓固結(jié)，螺母在抓梁拉起 時(shí)掛在抓梁吊耳水平承重板上；吊耳軸底部做成圓錐形，其尖端做成球面。自動(dòng) 轉(zhuǎn)鉤的吊軸、吊鉤、承重螺母為一整體，能相對(duì)抓梁軸向運(yùn)動(dòng)和繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)。3.1.2抓梁吊耳

6、與啟閉機(jī)相連；抓梁的吊耳和吊軸導(dǎo)向筒等其他裝置都通過 螺栓或焊接與抓梁的梁架固結(jié)，其上與吊軸接觸的滑動(dòng)軸承1和滑動(dòng)軸承2上下 兩個(gè)滑動(dòng)軸承能更好的保證吊軸徑向和軸向運(yùn)動(dòng)的精度；導(dǎo)向筒上裝有左右對(duì)稱 兩個(gè)小輪，配合吊軸導(dǎo)軌槽驅(qū)動(dòng)吊軸繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。3.1.3閘門吊耳板孔做成類橢圓形，在抓梁吊鉤在長徑方向上時(shí)，能保證轉(zhuǎn) 鉤上下自由出入；當(dāng)轉(zhuǎn)至吊鉤在短徑方向上時(shí)，能保證閘門吊耳板擋住吊鉤足夠 的長度，吊鉤出不了吊耳板孔，實(shí)現(xiàn)掛鉤。閘門吊耳板正下方有閘門制動(dòng)板，其 作用是能頂住吊軸底部尖端，以保證吊軸不能繼續(xù)向下移動(dòng)，又由于自動(dòng)轉(zhuǎn)鉤能 繞其軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且相對(duì)于抓梁主體能軸向移動(dòng)，所以轉(zhuǎn)鉤能在抓梁導(dǎo)輪的

7、 驅(qū)使下自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而抓梁本身繼續(xù)向下移動(dòng)。3.2轉(zhuǎn)鉤工作原理掛鉤：隨著抓梁的整體下移，a抓梁初始狀調(diào)整為抓梁吊鉤與橢圓長徑方向 一致，吊鉤自由下入閘門吊耳板孔；b抓梁繼續(xù)下移，吊軸底部橢圓尖端頂住閘 門吊耳孔正下方的閘門制動(dòng)板，既為附圖3所示狀態(tài)，此時(shí)抓梁吊軸導(dǎo)向筒上導(dǎo) 輪的位置為附圖4最左上方所示的位置；c由于轉(zhuǎn)鉤在閘門制動(dòng)板的的阻力及 其自身重力的作用下，只能繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所以抓梁繼續(xù)下移，抓梁上的導(dǎo)向 輪隨抓梁下移，當(dāng)移動(dòng)到所示的位置時(shí)，導(dǎo)向輪在吊軸槽內(nèi)與下斜軌道沿接觸， 開始推動(dòng)吊軸轉(zhuǎn)動(dòng)。d抓梁繼續(xù)下移，導(dǎo)輪推動(dòng)斜軌，轉(zhuǎn)鉤吊軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，直至 導(dǎo)輪移動(dòng)到位置，由附圖4可知，導(dǎo)輪從位置全

8、位置隨抓梁本體向下移動(dòng) 了距離L，而轉(zhuǎn)鉤繞自身軸線在抓梁導(dǎo)向輪的驅(qū)使下轉(zhuǎn)動(dòng)了 45，并且閘門上定 位軸腳座頂板和抓梁上的定位裝置上的限位地板起作用，抓梁落到極限位置。當(dāng) 閘門提起時(shí)抓梁上的導(dǎo)向輪相對(duì)吊軸從位置豎直移動(dòng)到位置，然后推動(dòng)吊軸 轉(zhuǎn)動(dòng)豎直移動(dòng)到位置，吊軸又轉(zhuǎn)動(dòng)了 45，閘門從到吊軸共轉(zhuǎn)動(dòng)了 90， 抓梁吊鉤完成了從吊耳的類橢圓孔長經(jīng)方向轉(zhuǎn)至短徑方向，轉(zhuǎn)鉤掛鉤。而抓梁豎 直位移只是是落到底，再提上來，剛好處于提起狀態(tài)。脫鉤：同理，位置抓梁處于掛鉤狀態(tài)，閘門放到底后閘門靜止，抓梁繼續(xù) 下落，全閘門制動(dòng)板擋住抓梁轉(zhuǎn)鉤吊軸，導(dǎo)向輪從位置數(shù)值下落到位置，導(dǎo) 向輪從位置豎直下落全位置，其推動(dòng)吊軸轉(zhuǎn)

9、動(dòng)45；導(dǎo)向輪從位置全位置 再全位置豎直向上移動(dòng)，推動(dòng)轉(zhuǎn)鉤再轉(zhuǎn)動(dòng)45，抓梁落致底再提上來，轉(zhuǎn)鉤 轉(zhuǎn)動(dòng)了 90，實(shí)現(xiàn)脫鉤。位置和位置狀態(tài)、意義完全相同，轉(zhuǎn)鉤轉(zhuǎn)動(dòng)180為一個(gè)掛脫周期，通 過抓梁的一個(gè)起落，實(shí)現(xiàn)抓梁的掛或脫，周而復(fù)始，自動(dòng)轉(zhuǎn)鉤掛脫閘門。閘門的轉(zhuǎn)動(dòng)能源，下落時(shí)靠抓梁自重，吊起時(shí)靠啟閉機(jī)拉力。在南水北調(diào)河 南段的設(shè)計(jì)中，此類抓梁被用于疊梁檢修閘門的抓取，大都有水下抓取的工況， 由于水下浮力作用，抓梁在出廠時(shí)抓取自如，而在實(shí)際水下抓取時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)自 重驅(qū)動(dòng)力不足，所以在閘門下落轉(zhuǎn)動(dòng)不流暢時(shí)可以考慮適當(dāng)增加抓梁的配重來增 加下落驅(qū)動(dòng)力，加配重時(shí)需要同時(shí)考慮抓梁自身的平衡。3.3抓梁的工作過程：掛門：抓梁主、反、側(cè)向支撐入槽粗定位一定位銷精定位一轉(zhuǎn)鉤入吊耳 板孔一閘門制動(dòng)板擋住轉(zhuǎn)鉤一抓梁繼續(xù)下移轉(zhuǎn)鉤工作行程L，同時(shí)吊軸轉(zhuǎn)動(dòng)45， 抓梁落至下限位一抓梁提高L吊軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)45一抓梁繼續(xù)上移一掛鉤啟門。脫門：閘門入槽一抓梁主、反、側(cè)向支撐入槽粗定位一閘門落致預(yù)定位 置一閘門制動(dòng)板擋住轉(zhuǎn)鉤一抓梁繼續(xù)下移轉(zhuǎn)鉤工作行程L，同時(shí)吊軸轉(zhuǎn)動(dòng)45， 抓梁落至下限位