弧門面板整體加工設(shè)備設(shè)計及應(yīng)用

田文恒，吳志軍

(中國水利水電第十工程局有限公司機電安裝分局，四川 都江堰 611830)

1 概述

隨著水電建設(shè)的不斷發(fā)展，在水工鋼閘門設(shè)備中，通常對平板門閘門、弧形閘門的面板不做機械加工要求。而深孔弧形閘門一般水頭均較高，水流條件差，弧門止水方式多為充壓止水與常規(guī)止水相結(jié)合，這類弧形閘門通常對面板及面板弧形半徑精度控制要求較高，要求對面板進行機械加工。如在老撾南立1－2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門制造中，不僅要求加工面板，而且要求對面板進行整體機械加工，不允許分節(jié)加工。

老撾南立1－2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門由于要求對面板進行整體加工，如果采用數(shù)控機床，則只能分節(jié)加工，而無法實現(xiàn)面板整體加工。為滿足該弧門面板整體加工要求，根據(jù)該弧門特性，我們自行設(shè)計、制造了一套弧門面板整體加工設(shè)備，從而順利完成了老撾南立1－2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門面板整體加工。加工面板的表面質(zhì)量及尺寸精度控制優(yōu)良，一次驗收合格，獲得業(yè)主好評。同時，該加工設(shè)備的設(shè)計及應(yīng)用得到了同行專家的肯定和好評。

老撾南立1－2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門主要特性見表1。

2 弧門面板整體加工設(shè)備設(shè)計

2.1 總體方案設(shè)計(圖1)

主要部件包括:鉸鏈裝置、旋轉(zhuǎn)臂、導(dǎo)軌梁、導(dǎo)軌、溜板、動力頭、支撐托架、雙動式千斤、鎖定裝置、傳動絲杠、變頻調(diào)速器及操作平臺。

2.2 主要部件功能及結(jié)構(gòu)形式

(1)鉸鏈裝置。

表1 閘門特性表

圖1 弧門設(shè)計方案示意圖

鉸鏈裝置包括:固定鉸座、活動鉸座及鉸軸。

固定鉸座固定在地面基礎(chǔ)上，活動鉸與旋轉(zhuǎn)臂連接。鉸鏈裝置的主要功能在于控制加工過程中動力頭切削半徑保持不變。固定鉸座及活動鉸座均為鋼板焊接結(jié)構(gòu)。鉸軸為空心軸，用于鋼琴線穿過，便于檢查和調(diào)整鉸鏈裝置及弧門支鉸中心的同軸度以及面板加工半徑的檢查和控制。

(2)旋轉(zhuǎn)臂。

旋轉(zhuǎn)臂為焊接結(jié)構(gòu)，截面為箱型結(jié)構(gòu)。連接鉸鏈裝置的活動鉸座及導(dǎo)軌梁。通過旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)動力頭不同工位的加工。

(3)導(dǎo)軌梁。

導(dǎo)軌梁為焊接結(jié)構(gòu)，截面為箱型結(jié)構(gòu)。用于支撐及固定導(dǎo)軌。導(dǎo)軌梁采用焊接結(jié)構(gòu)，既可減小導(dǎo)軌的截面尺寸，又利于組裝和調(diào)整導(dǎo)軌。

(4)導(dǎo) 軌。

導(dǎo)軌為鑄鐵加工件，導(dǎo)軌面為“V”型和平面相接合(見圖2)。

圖2 導(dǎo)軌示意圖

(5)溜 板。

溜板為鑄鐵加工件，上平面連接固定動力頭，底面與導(dǎo)軌配合，在傳動絲杠驅(qū)動下在導(dǎo)軌面上滑動，從而帶動動力頭實現(xiàn)橫向給進。

(6)動力頭。

動力頭為銑削動力頭，功率7.5 kW，刀盤最大直徑200 mm，轉(zhuǎn)速分別為200 r/min、210 r/min、250 r/min、260 r/min、270 r/min，可調(diào)。刀盤伸出行程可達150 mm，可滿足縱向切削。

銑削動力頭固定在溜板上，隨溜板在導(dǎo)軌上滑動，可實現(xiàn)橫向切削給進。為確保銑削時刀盤面與弧門面板相切，在銑削動力頭底面增設(shè)了一套楔子，以便調(diào)整動力頭角度。

(7)支撐托架。

支撐托架為焊接結(jié)構(gòu)，通過螺栓分別固定在弧門左右兩側(cè)水封座面上，用于支撐和旋轉(zhuǎn)臂變幅，以調(diào)整銑削加工工位。

(8)鎖定裝置。

在弧門左右兩側(cè)分別設(shè)置一套鎖定裝置，鎖定裝置下端焊接固定在旋轉(zhuǎn)臂上，側(cè)面緊貼在側(cè)水封座面上，旋轉(zhuǎn)臂變幅時可兼作導(dǎo)向。銑削工位調(diào)整后，通過螺栓固定在側(cè)水封座面上，以確保銑削加工時穩(wěn)定可靠。

(9)雙動式千斤。

在導(dǎo)軌兩端分別設(shè)置了一個雙動式千斤，雙動式千斤推力載荷可達30 t，拉力載荷可達5 t，行程可達368 mm。雙動式千斤兩端分別鉸接固定在導(dǎo)軌梁和支撐托架上。雙動式千斤推出實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂變幅、鎖定裝置鎖定后，雙動式千斤縮回則拉起支撐托架，如此循環(huán)，從而不斷推動旋轉(zhuǎn)臂變幅，逐步完成各工位的銑削加工，避免了外設(shè)變幅機構(gòu)的干擾及占用其它起吊設(shè)備。

(10)傳動絲杠。

傳動絲杠為T100×12機床絲杠，兩端分別經(jīng)軸承座固定于導(dǎo)軌端部，一端與變頻調(diào)速器連接。傳動絲杠旋轉(zhuǎn)帶動溜板在導(dǎo)軌上滑動，從而實現(xiàn)橫向銑削。

(11)變頻調(diào)速器。

變頻調(diào)速器由變頻調(diào)速電機及擺線針齒輪減速組成，變頻調(diào)速電機功率為4 kW，轉(zhuǎn) 速125～1250 r/min，可調(diào)。減速器功率為4 kW，速比35。變頻調(diào)速器輸出軸轉(zhuǎn)速3.5～35 r/min，可調(diào)，從而滿足銑削時的低轉(zhuǎn)速要求。

(12)操作平臺。

操作平臺為焊接構(gòu)架，由欄桿及行走平臺組成，操作平臺焊接固定在導(dǎo)軌梁上，用于加工人員的行走及操作。

3 弧門面板整體加工設(shè)備的應(yīng)用

該設(shè)備在老撾南立1－2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門面板整體加工中得到了充分應(yīng)用，效果良好。安裝及加工方法如下。

3.1 鉸鏈裝置的安裝

弧門在基坑內(nèi)完成整體大組裝，在大組裝各項檢測數(shù)據(jù)合格并完成弧門的加工支撐后，以弧門支鉸中心線為基準安裝調(diào)整鉸鏈裝置。鉸鏈裝置分別放置在弧門支鉸外側(cè)。為便于調(diào)整鉸鏈裝置與弧門支鉸中心的同軸度，以及面板加工時復(fù)查加工半徑精度，采用在鉸鏈裝置中心及弧門支鉸中心貫穿拉一根鋼琴線，首先以弧門支鉸中心線為基準調(diào)整并固定鋼琴線，然后再以鋼琴線為基準調(diào)整并固定鉸鏈裝置。

3.2 旋轉(zhuǎn)臂及導(dǎo)軌梁的安裝

首先完成導(dǎo)軌梁、導(dǎo)軌、溜板、動力頭、傳動絲杠、變頻調(diào)速器、雙動式千斤等部件的裝配，與導(dǎo)軌梁形成一個整體，并完成動作調(diào)試，調(diào)試合格后方可進行安裝。

安裝懸臂梁前，先將支撐托架安裝固定在弧門側(cè)水封座面上，支撐托架的位置根據(jù)實際情況確定。為便于后序設(shè)備的安裝，支撐面盡可能與旋轉(zhuǎn)臂底面成一水平面。

旋轉(zhuǎn)臂一端與鉸鏈裝置的活動鉸連接，另一端放置在支撐托架上，在做臨時穩(wěn)固后，將已完成裝配的導(dǎo)軌梁等部件整體吊至旋轉(zhuǎn)梁并完成連接。隨后完成鎖定裝置的安裝并完成與旋轉(zhuǎn)臂的焊接固定。完成雙動式千斤與支撐托架之間的鉸接連接。

3.3 檢查及調(diào)試

安裝調(diào)整結(jié)束、檢查各安裝尺寸滿足要求后，在面板全范圍內(nèi)完成變幅、橫向進刀、縱向進刀等動作調(diào)試，并復(fù)查弧門面板全范圍內(nèi)的加工余量是否能滿足加工要求。

3.4 銑削加工

為提高加工的精度，正式加工前，采用刀頭在弧門兩側(cè)的水封座面上劃出加工控制線，并復(fù)查控制線準確無誤后方可進行正式加工。

銑削刀盤不宜選擇過大，宜為φ80～120，加工時分粗加工、半精加工及光刀。對兩道加工之間產(chǎn)生的棱角采用小刀盤加工去除。

加工中注意觀察，并加大弧面半徑檢查次數(shù)，對產(chǎn)生的誤差及時作出修正。

4 結(jié)語

(1)該弧門面板整體加工設(shè)備通過老撾南立1－2水電站泄洪兼導(dǎo)流洞弧門面板整體加工實踐驗證，其設(shè)計合理，加工平穩(wěn)、可靠，加工精度及表面質(zhì)量良好，弧門整體加工質(zhì)量一次驗收合格。

(2)本弧門面板整體加工設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝簡單便捷，且經(jīng)濟適用。

(3)在對旋轉(zhuǎn)臂長度進行調(diào)整后，可適用于不同半徑的弧門面板整體加工，同時，在其它類似設(shè)備、工裝設(shè)計及應(yīng)用方面具有較好的借鑒意義。