錢正林，熊榮剛，趙 勇

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 引言

平板閘門是水電站的重要金結(jié)設備，主要用于機組、快速門及水工建筑物等檢修的擋水工作，這些閘門靠啟閉機啟閉，非工作狀態(tài)時坐落在布置于門槽孔口的鎖定梁上。目前，無人值守和自動化操作運行是水電站發(fā)展的趨勢，也是提高工作效率的有效方法。所以實現(xiàn)平板閘門鎖定梁的遠程操作自動投退與監(jiān)控是實現(xiàn)無人值守的重要途徑之一。

以白鶴灘水電站為例，白鶴灘水電站樞紐工程由攔河壩、泄洪消能設施、引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物組成。這些主要建筑物中均配置有平板閘門，閘門非工作狀態(tài)時坐落在布置于門槽孔口的鎖定梁上，當閘門啟閉時，需要移動鎖定梁以至不妨礙閘門起落。傳統(tǒng)的鎖定梁移動主要靠人力推和拉的方式實現(xiàn)其投、退功能，這種操作方式存在一定的操作危險性、操作難度大和人力資源浪費等弊端。因此，針對這些弊端研制出了一種靠三合一減速電機驅(qū)動的自動位移裝置，可實現(xiàn)平板閘門鎖定梁的遠程操作自動投退和實時監(jiān)控功能。

2 鎖定梁自動位移裝置的結(jié)構及設計

2.1 裝置系統(tǒng)結(jié)構

平板閘門鎖定梁自動位移系統(tǒng)包括對稱布置的鎖定梁自動位移裝置和遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 平板閘門鎖定梁自動位移系統(tǒng)圖

平板閘門自動位移裝置主要由鎖定梁本體、三合一減速電機、齒輪和齒條4 個部分組成（如圖2）；遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括攝像頭和監(jiān)控顯示屏。

2.2 功能結(jié)構設計

平板閘門鎖定梁自動位移裝置控制系統(tǒng)主要包括鎖定梁的位移和限位2 個功能。其中位移功能需要提供移動所需要的動力；限位功能需要確定鎖定梁的啟停位置，并實現(xiàn)信號傳輸和鎖定梁的自動 啟停。

水電站平板閘門現(xiàn)有鎖定梁行走機構由車輪、滑動軸承及軸組成，鎖定梁的水平位移靠人力推拉使其沿布置于門槽兩側(cè)的軌道上移動。針對現(xiàn)有結(jié)構和操作方式，借鑒水電站橋、門機行走機構的工作原理，采用電力推動的設計方式進行設計：在原有鎖定梁的兩側(cè)增設底板，采用螺栓與三合一減速箱法蘭進行連接，并在三合一減速箱的輸出軸設置齒輪，在需要運行范圍的地面設置齒條（齒條與地面采用膨脹螺栓連接），形成一整套運行機構。其中鎖定梁本體作用是承載平板閘門的載荷，將閘門鎖定至閘門槽孔口；三合一減速電機為驅(qū)動裝置，其主要輸出驅(qū)動力；齒輪作用是傳遞三合一減速電機的驅(qū)動力，帶動鎖定梁在齒條上往返移動；齒條作用是與齒輪嚙合，并作為導向裝置。

圖2 平板閘門鎖定梁自動位移裝置結(jié)構圖

鎖定梁自動位移裝置電氣控制設計分為供電系統(tǒng)部分和控制系統(tǒng)部分，供電系統(tǒng)由三相電源直接引入到配電箱的總斷路器開關上，通過總斷路器及總電源接觸器后引至各行走電機；控制系統(tǒng)由各控制按鈕、接觸器和保護繼電器等組成，主要控制鎖定梁自動位移裝置三合一減速電機的正反轉(zhuǎn)，已達到鎖定梁左、右行走的目的，且能實現(xiàn)遠程和現(xiàn)地操作。在鎖定梁的行進方向上，分別設置鎖定梁投入到位和退出到位限位開關，用來控制鎖定梁的 位置。

為準確監(jiān)視平板閘門鎖定梁自動位移裝置的投退情況，在閘門門槽兩旁各安裝了1 只攝像頭，攝像頭通過現(xiàn)地控制單元將信號傳輸至遠程監(jiān)控后臺，運行人員可在遠程監(jiān)視整個運行過程。

2.3 系統(tǒng)工作原理

整套系統(tǒng)的工作原理為：當平板閘門需要下閘時，閘門靠啟閉機提起高過鎖定梁約20 cm，啟閉機起升停止，此時操作鎖定梁自動位移裝置的“鎖定梁退出”按鈕，閘門兩側(cè)鎖定梁將向門槽外側(cè)移動，當鎖定梁移動到退出到位位置時，鎖定梁退出到位檢測開關動作，鎖定梁自動位移裝置三合一減速電機停止工作，鎖定梁停止移動，這時啟閉機運行，閘門下閘。

同理，當閘門從門槽提起需要鎖定在鎖定梁上時，閘門靠啟閉機提起高過鎖定梁約20 cm，啟閉機起升停止，此時操作鎖定梁自動位移裝置的“鎖定梁投入”按鈕，閘門兩側(cè)鎖定梁將向門槽內(nèi)側(cè)移動，當鎖定梁移動到投入到位位置時，鎖定梁投入到位檢測開關動作，鎖定梁自動位移裝置三合一減速電機停止工作，鎖定梁停止移動，這時啟閉機運行將閘門放至鎖定梁上。

2.4 裝置設備選型及計算

2.4.1 運行機構計算（按照GB3811-2008 標準執(zhí)行）

（1）摩擦阻力：

式中：G-鎖定梁自重載荷，鎖定梁自重3 t

u-車輪軸承摩擦阻力系數(shù)，u=0.1

d-與軸承相配合處車輪軸的直徑，d=50 mm

f-滾動摩擦系數(shù)，f=0.3

D-車輪踏面直徑，D=180 mm

β-附加摩擦阻力系數(shù)，β=1.5

（2）坡道阻力：

式中：G-鎖定梁自重載荷，鎖定梁自重3 t

i-坡道阻力系數(shù)，i=0.002

（3）風阻力：

式中：A-鎖定梁迎風面積，單位m2

PⅡ-與設計工況相對應的風壓，PⅡ=150 N/m2

故，穩(wěn)態(tài)運行阻力：

（4）穩(wěn)態(tài)計算功率：

式中：Vy-鎖定梁的運行速度

η-機構總效率，η=0.85

m-機構運行電機數(shù)量，m=2

（5）電機功率：

式中：KD-電動機的功率增大系數(shù)，KD=1.2

由于所需電機功率小，因此選擇減速器電機型號為：Y2 EJ-71 M2-4；功率為：0.37 kW，滿足設計要求。

2.4.2 減速器的選擇計算

減速器輸出轉(zhuǎn)速：

選擇減速器型號：KCLA57R3737，輸出轉(zhuǎn)速：5.6 r/min，運行速度誤差率小于10%，滿足設計要求。

3 預計成效

（1）提高操作安全性。可自動運行實現(xiàn)投、退功能，降低操作人員的操作安全風險。

（2）操作簡單。操作時只需一人控制即可實現(xiàn)其投、退功能，節(jié)約了人力資料成本，提高了工作效率。

（3）結(jié)構簡單，便于檢修，維護成本低。該裝置三合一減速箱與鎖定梁采用螺栓連接，方便拆卸，便于后期的檢修跟維護。

（4）推廣價值較高。該裝置不需對原有的鎖定梁進行改造，因此在現(xiàn)有技術下如需實現(xiàn)鎖定梁的自動位移功能，只需增加連接底板、三合一驅(qū)動裝置、齒輪及齒條即可實現(xiàn)，改造較為簡便，具有較高的推廣價值。

4 結(jié)語

本文以白鶴灘水電站為例，針對現(xiàn)有平板閘門鎖定梁結(jié)構及操作方式存在的問題，借鑒水電站橋、門機行走機構的工作原理，開發(fā)研制了一種靠電力推動的鎖定梁自動位移裝置。本裝置結(jié)構簡單、運行穩(wěn)定可靠，可達到遠程操作和無人值守的目的，為實現(xiàn)水電站平板閘門的自動化運行提供了技術支持。