浅谈三河闸加固工程慢速卷扬式启闭机设计

陈 钟 龙 俊 孙建伟 陈 凯

一、工程概况

三河闸位于江苏省境内的洪泽湖东南部，是淮河下游入江水道的重要控制口门，也是淮河流域骨干工程。闸身为钢筋混凝土结构，共63孔，每孔净宽10m，采用钢结构弧形闸门，直支臂支承，采用2×75kN手、电两用固定卷扬启闭机。经过60年运行，三河闸启闭机已经暴露出严重的安全隐患。2008年通过水利部金属结构安全监测中的检测和符合计算，三河闸启闭机存在系统性能差、结构落后、老化损坏严重、零件落后、启闭力超过额定容量等问题。为保证工程运行安全，2009年江苏省水利厅对三河闸启闭机进行专项安全鉴定，安全鉴定评定启闭机为四类。

根据“安全检测结论”和“安全鉴定结论”，三河闸启闭机必须进行更新改造设计，拆除原启闭机，更新为QH-2×100kN-12.0m弧门固定卷扬式启闭机，共计63台套。

三河闸原启闭机启闭速度为0.19m/min，由于此次改造不涉及水闸闸室结构部分，为确保水闸安全运行，水闸启闭速度应不大于0.19m/min。如仍采用原结构（六级传动）类似方案，体积较大、结构复杂、维修保养不便，需要加大工作桥尺寸，普通卷扬启闭机的启闭速度（1.0～2.5m/min）也远大于设计启闭速度。基于以上因素考虑，需专门设计一种低速弧门卷扬式启闭机。

二、启闭机布置

1.启闭机总体布置

要达到较低的启闭速度，就需增大减速装置传动比，造成整体布置尺寸和整机重量较大，故需选用传动比大、承载能力高、传动效率高、结构紧凑的减速装置代替常规减速装置。因此，需将普通卷扬式启闭机中的减速器更换成具有大传动比、高承载能力、高传动效率、结构紧凑的连环少齿差减速器。

普通卷扬式启闭机减速器布置在左侧或右侧起升机构中，外形占用范围较大。为进一步减小启闭机外形尺寸和优化启闭机外形设计，将减速器布置在左右侧起升机构的中间。具体布置方案为：启闭机采用集中驱动方式，由一台电动机通过联轴器带动减速器变速后、在减速器两侧低速轴各通过一根中间传动轴，带动左右起升机构，实现闸门上升或下降。在减速器高速轴电机一侧，设置一套常闭式电磁制动器，见图1。

2.启闭机主要技术特性

QH-2×100kN-12.0m低速弧门卷扬式启闭机主要技术特性见表1。

图1 启闭机总体布置图

表1 启闭机主要技术特性表

表2 CHC系列少齿差减速器与国内外同类减速器的主要性能对比表

三、主要零部件选择

1.电动机

选用YZ112M-6型冶金及起重用三相异步电动机，该电机在负荷持续率FC25%时，其额定输出功率N=1.8kW，转速n=840r/min。

2.制动器

选用电磁闸瓦式制动器，型号为TJ2-200/100，制动力矩40N·M，安装在减速器的高速轴上，制动器安全系数为5倍，满足规范不小于1.75的要求。

3.钢丝绳

选择纤维绳芯、镀锌6X36SW+FC1670ZS型钢丝绳单层缠绕。钢丝绳直径d=34mm，公称抗拉强度R=1670MPa，该型号钢丝绳最小破断拉力F0=598kN。钢丝绳选型满足要求。

4.卷筒

卷筒直径 Dj≥e1ds（20×34mm=680mm），故选用卷筒直径为Φ700mm，卷筒材料为HT200。

5.减速器

启闭机的总传动比应为电动机额定转速除以卷筒转速，则该工程总传动比应大于9722，而选用的开式齿轮传动比为5.117，则减速器的传动比应大于1899。

普通启闭机选用的传统减速器传动比受原理限制，传动比最大不超过1000，该工程选用的CHC236-2000齿轮连环少齿差减速器的速比为2000，满足要求。

图2 CHC型齿轮连环少齿差减速器结构图

该减速器在少齿差传动的理论基础上开发研制的一种新型减速传动装置，功率从高速部分输入、分流、减速到低速多齿同时啮合部分，功率合成输出，从而达到大速比、大扭矩输出的目的。动力从高速轻载齿轮传动系统输入，分流减速到少齿差低速重载部分，最后合成到输出外齿轮轴并传递到工作机械。在少齿差内啮合齿轮传动中存在多齿同时啮合现象，使齿轮总载荷由各啮合齿对同时分担，单个轮齿所承受的实际载荷会有大幅度降低。齿轮齿数多，同时进入啮合的齿轮对数多，则减速器的承载能力较普通减速机大。减速器结构见图2。

以齿轮连环少齿差减速器CHC800与同类减速器比较结构见表2。通过比较可知，该减速器具有传动比大、承载能力大、荷重比大、重量轻、传动效率高等特点。

6.开式齿轮

开式齿轮传动比为5.117，模数12；总传动比为10235.3，小齿轮材料采用40Cr，调质处理表面硬度HB240-270，大齿轮材料ZG340-640，正火处理，齿面硬度HB190-210。

四、结语

慢速固定卷扬式启闭机实际使用较少，在设计中选用了CHC型齿轮连环少齿差减速器作为减速装置，并且将该部分布置在左右机架中间，有效地解决了工程对启闭机慢速和减小外形尺寸两方面的要求。三河闸启闭机在制作安装过程中，先后通过了空载、静载、动载等试验检测，并已实际投入使用，效果良好