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1.馬達驅(qū)動底軸液壓翻板閘門的組成及工作原理
由于閘門屬恒速轉(zhuǎn)動且速度不高,閘門系統(tǒng)屬大功率系統(tǒng),運行環(huán)境和受力情況相當復(fù)雜,要求系統(tǒng)輸出功率相應(yīng)變化,系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩由外負載決定。根據(jù)以上特點,在液壓動力控制機構(gòu)中以泵控液壓馬達為***適宜,它常用于大功率和恒速系統(tǒng),其中又常采用變量泵—定量馬達系統(tǒng)作為動力元件。如圖1所示,馬達驅(qū)動液控翻板閘門由液壓動力控制機構(gòu)和閘門兩部分組成。液壓動力控制機構(gòu)包括電機、泵、馬達、控制閥、管路、油箱和減速器;閘門部分包括閘門、連接軸和支承墩。液壓泵輸出液壓能傳遞給馬達,馬達將其轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動馬達輸出軸的旋轉(zhuǎn),經(jīng)過減速器的減速后帶動閘門的翻轉(zhuǎn)。變量泵—定量馬達系統(tǒng)通過改變泵的排量來改變泵輸出功率控制傳送給負載的動力,功率損失小,效率高,適用大功率液壓系統(tǒng)。
液壓泵轉(zhuǎn)速和馬達排量都是恒量,改變泵的排量可以使馬達的轉(zhuǎn)速和輸出功率隨之變化,系統(tǒng)的工作壓力由溢流閥5和6限定。之所以設(shè)置兩個溢流閥是因為液壓泵和馬達是雙向的,工作過程中油路的高低壓要互換,同時保護液壓元件不受壓力沖擊的損壞。溢流閥的容量要足夠大,響應(yīng)速度要足夠快,以便在過載時能夠使泵的流量迅速從高壓管道泄入低壓管道。補油泵9通過單向閥3和4向系統(tǒng)低壓管道補油,以補充系統(tǒng)中泄漏量并在低壓管道中建立起一定的低壓,可以改善泵的吸入性能,防止氣蝕現(xiàn)象和空氣滲入系統(tǒng),也有利于系統(tǒng)熱量的消散。補油壓力(一般為0.3MPa)由溢流閥11調(diào)定,補油的流量一般為回路中主泵流量的10%~15%。在此液控系統(tǒng)中由于具備調(diào)速和鎖緊功能,因此閘門旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)且任意位置停止而不竄動,增加了閘門的穩(wěn)定性。液控翻板閘門采用泵控馬達驅(qū)動方案是安全可行的,但在實際設(shè)計過程中有很多細節(jié)需仔細考慮。
2.底軸液壓翻板閘門的設(shè)計要點
(1)功率和轉(zhuǎn)矩的確定在閘門受力***惡劣狀態(tài)下求解功率、轉(zhuǎn)矩,可有效防止馬達帶不動閘門轉(zhuǎn)動。當閘門旋轉(zhuǎn)支點確定,馬達輸出軸轉(zhuǎn)矩、水對閘門阻力矩、閘門自重力矩和旋轉(zhuǎn)軸摩擦力矩就構(gòu)成一平衡力系,其中阻力矩和自重力矩對馬達輸出軸轉(zhuǎn)矩影響。自重力矩與軸支點選取位置有關(guān),而阻力矩與軸支點選取位置無關(guān)。因此閘門翻轉(zhuǎn)方向應(yīng)選擇與水流動方向相一致就可以降低阻力,從而大大降低阻力矩。軸支點選取應(yīng)盡量過閘門重力中心,以消除自重力矩的影響。
(2)閘門與軸的聯(lián)結(jié)
閘門與軸的聯(lián)結(jié)點應(yīng)選在閘門兩側(cè)面且過閘門重力中心線位置,這樣確保能與軸支點在同一個平面內(nèi),聯(lián)結(jié)點的結(jié)構(gòu)宜采用內(nèi)嵌式,以保證閘門兩側(cè)面與支承墩相互配合防止水泄露。閘門聯(lián)結(jié)點處材料選擇很重要,須有很高強度和剛度,保證能支撐整個閘門重量且在復(fù)雜受力狀態(tài)下不散架。考慮到水環(huán)境腐蝕作用及維修拆卸方便,支承軸與閘門聯(lián)結(jié)不宜焊接而應(yīng)采用螺栓聯(lián)結(jié),螺栓要有足夠強度和剛度,抗彎抗剪抗扭轉(zhuǎn)能力都要強。
(3)軸與支承墩配合方式由于相對運動和外力重力的作用,軸與支承墩間的摩擦不可避免。選擇的配合方式合理就能限度降低摩擦,減少摩擦力矩的作用。軸與支承墩配合方式有軸承和軸瓦,鑒于支承點位置有可能浸入水中受水蝕作用、受力大小及裝配維修方便,建議以耐腐蝕軸瓦作為軸與支承墩配合方式較為合理。
(4)合理確定減速器的傳動比閘門屬恒轉(zhuǎn)速運動且轉(zhuǎn)速較低,盡管液壓馬達的轉(zhuǎn)速可由液壓泵調(diào)節(jié),但馬達的轉(zhuǎn)速可能還會偏大,需增設(shè)一減速器繼續(xù)減速。減速器的傳動比由馬達的轉(zhuǎn)速和閘門轉(zhuǎn)速來確定,根據(jù)傳動比的大小來確定是采用一級或二級以上。針對工作系統(tǒng)為大功率系統(tǒng)且為保證閘門旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和連續(xù)性,采用斜齒圓柱齒輪減速器為宜。若閘門轉(zhuǎn)速選取過大會增加閘門旋轉(zhuǎn)慣性,對閘門穩(wěn)定不利。建議閘門正常轉(zhuǎn)速不大于1~4r/min,特殊情況下可適當增大。
(5)閘門的密封止水
采用槽鋼外包不銹鋼片的設(shè)計。具體方法是在一期混凝土澆筑時,預(yù)先在邊墩和底墩埋設(shè)適當數(shù)目的固定鋼筋,在每根鋼筋上安裝一顆正向螺絲;安裝槽鋼時,在槽鋼內(nèi)側(cè)相應(yīng)位置上安裝四顆反向螺絲,用槽鋼內(nèi)側(cè)的微調(diào)螺絲將槽鋼調(diào)整到設(shè)計位置后點焊固定,再進行二期混凝土澆筑。這樣既平整光滑,又安裝到位,再在閘門安裝止水橡皮,滿足了密封止水和減小摩擦的要求。
(6)閘門與堰壩的配合
閘門靜止狀態(tài)時,由于閘門支承點上下受不等水力作用可能始終對液壓馬達和支承軸產(chǎn)生力矩作用,此作用對液壓系統(tǒng)不利。為克服這種不利影響,可以通過改善閘門與堰壩底座配合方式,在堰壩底座中央砌一與閘門等寬小臺階。當閘門上部水受力大時,閘門靠臺階外側(cè)布置;當閘門下部水受力大時,閘門靠臺階內(nèi)側(cè)布置;就可達到消除力矩作用。同時對增加閘門與堰壩的密封有利。但不利因素是馬達只能沿一個方向轉(zhuǎn)動而不能雙向轉(zhuǎn)動。
(7)閘門的結(jié)構(gòu)設(shè)計
閘門的結(jié)構(gòu)設(shè)計重點在兩個方面:重量和結(jié)構(gòu)形式。由于屬外力可控閘門,閘門翻轉(zhuǎn)和穩(wěn)定性不再靠閘門的重量來維系。閘門重量可大大減輕,閘門的強度和剛度須大大提高,可選擇一些強度高、抗彎性能好的材料來作閘門,結(jié)構(gòu)形式要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。
(8)污染源控制
液控翻板閘門的污染源主要來自液壓油。液壓油對周圍環(huán)境的污染主要來自液壓系統(tǒng)的泄漏和裝卸、故障維修時的外溢,因此要將液壓系統(tǒng)與外界隔離,作為一個獨立的單元,注重液壓油收集和管理,使液壓油運行在獨立的單元內(nèi),從而避免對河水和周圍環(huán)境的污染。
閘框是閘板四周的支承構(gòu)件, 同時也是閘板上下運動的滑道, 滑道以外部分鑲嵌于閘墩及閘底的二期混凝土中, 將閘板所承受的水壓力均勻地傳遞到閘墩及閘室底部。閘框迎水面四周與閘板框四周背水面接觸處經(jīng)機械精制、 加工
刨光后平直光滑、 貼合嚴密, 使結(jié)合面、 止水面與運動滑道合三為一。在啟閉機作用下, 當閘門啟閉運行時, 緊閉斜鐵和閘框滑道確保閘門的縱橫運行軌跡, 在水壓力和緊閉斜鐵的雙重作用下, 確保閘板運行平穩(wěn) , 使閘板與閘框滑道緊密貼合, 從而達到有效止水的目的。直升式平面滑動主要由閘框、閘板、吊座及緊閉斜鐵等零部件組成。為克服以往鋼門易銹蝕的缺點,閘框、閘板全采用鑄鐵組成,其中閘框又由上橫梁、下橫梁、左直梁、右直梁組成。為了制造、運輸、安裝方便,閘板一般根據(jù)其大小或高度情況由上下幾部分拼裝組成。
閘門按閘板形狀的不同,分為PZ平板和PGZ拱形兩大類。具體選用可根據(jù)閘孔尺寸、承壓水頭、啟閉型式、閘門自重等方面加以綜合比較確定。
鑄鐵閘門安裝使用說明:
一、 適用范圍 主要用于城市給水排水﹑化工防洪﹑水利等水工構(gòu)建物﹑出水口﹑作流道切換或截斷水流之用。可廣泛用于自來水廠﹑污水處理廠﹑城市雨污水泵站﹑水利防汛等行業(yè)。
二、性能及結(jié)構(gòu)
1﹑閘門的設(shè)計﹑制造﹑安裝﹑檢驗驗收等符合DL/T5019-94標準的規(guī)定。
2﹑形式:洞口式閘門
3﹑結(jié)構(gòu):設(shè)備主要由手電兩用啟閉機﹑螺桿﹑門框﹑門體﹑止水橡膠﹑吊耳及銷軸等部件組成。密封性能良好,久用磨損后可通過螺旋來更換密封裝置保持正常工作。具有結(jié)構(gòu)合理﹑密封性好﹑安裝﹑調(diào)試﹑使用﹑維護方便﹑性能可靠等特點。閘門的門板﹑門框系采用不銹鋼,適用于污水腐蝕環(huán)境。
4﹑工作場所:室外
5﹑安裝形式:洞口式
三、使用與維護
1﹑在通常情況下,各種閘門與本廠生產(chǎn)的各種啟閉機配套使用。啟閉機及電動頭使用維護詳見閥門電動裝置說明書。
2﹑使用手動閘門時啟閉機用力要均勻,不要在起升或關(guān)閉時用力過猛,以免損傷定位裝置。
3﹑手動時不可進行電動操作,電機驅(qū)動時手輪不可旋轉(zhuǎn),所有結(jié)合面的密封處無滲漏。
4﹑由電動變?yōu)槭謩訒r,即用人工切換手柄向手動方向推動,當推動到一定位置時中間離合器脫離渦輪與手動軸爪呲合成為手動狀態(tài);手動變?yōu)殡妱訒r為自動切換。要求在半啟閉狀態(tài)下工作,可由操作人員根據(jù)經(jīng)驗選擇電動或手動。
5﹑要求對啟閉機齒輪﹑軸承﹑絲桿等部件每季度加注潤滑油一次。