玉運(yùn)發(fā)

（廣西卓潔電力工程檢修有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

長洲水利樞紐船閘為雙線單級(jí)船閘，布置在外江右岸。長洲水利樞紐是一座以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、灌溉和養(yǎng)殖等綜合利用效益的大型水利樞紐。樞紐通航建筑物采用雙線單級(jí)船閘（1×2 000 t+1×1 000 t），1號(hào)船閘按通過最大船舶2 000 t級(jí)（Ⅱ級(jí)）設(shè)計(jì)，2號(hào)船閘按通過最大船舶1 000 t級(jí)（Ⅲ級(jí)）設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)年貨運(yùn)量3 920萬t。船閘工作閘門采用人字門，啟閉機(jī)采用液壓直推式啟閉機(jī)[1]；啟閉機(jī)是船閘建設(shè)過程中的重要組成部分，其中主要部分是液壓啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)，而長洲水利樞紐船閘作為扼守水運(yùn)貨物進(jìn)出兩廣的東大門，船舶流動(dòng)非常頻繁[2]，人字門開合的頻率高，臥缸作為船閘人字門完成開合動(dòng)作的重要設(shè)備，容易磨損，因此需要定期維護(hù)[3]。

1 1號(hào)船閘運(yùn)行情況分析和臥缸檢修的必要性

隨著內(nèi)河水運(yùn)事業(yè)的不斷發(fā)展和船舶通過量的快速增加，船閘的各種設(shè)備設(shè)施勢必會(huì)出現(xiàn)各種問題和安全隱患，盡管在這個(gè)過程中會(huì)經(jīng)過小修以及各種例行保養(yǎng)，使得部分隱患得以暫時(shí)解決，但隨著時(shí)間的增加，有些問題得不到徹底解決，會(huì)使得船閘帶病運(yùn)行，不僅影響船閘使用壽命，還降低了船閘通航的安全和效率[4]，而1號(hào)船閘自2007年5月15日投運(yùn)以來，未曾進(jìn)行過大規(guī)模、長時(shí)間的停航大修，存在的安全隱患大大增加，目前船閘運(yùn)行過程中的主要缺陷如下：

（1）門體跳動(dòng)量呈逐步增大的趨勢，測量數(shù)據(jù)不合格；

（2）人字門底水封（P型水封）老化、破損；

（3）下閘首左側(cè)立缸損壞，無法正常運(yùn)行。

通過對以上1號(hào)船閘的運(yùn)行缺陷進(jìn)行分析，其相關(guān)設(shè)備設(shè)施已無法滿足運(yùn)行要求，1號(hào)船閘大修勢在必行。

根據(jù)北部灣通航局批復(fù)停航檢修時(shí)間，結(jié)合人字門臥缸過往運(yùn)行情況以及維護(hù)記錄，同時(shí)為確保此次停航檢修徹底解決1號(hào)船閘主要設(shè)備的安全隱患，需要對臥缸進(jìn)行全面分解、檢修。

2 船閘液壓啟閉機(jī)房現(xiàn)狀

臥缸檢修前，經(jīng)過對啟閉機(jī)房的調(diào)研了解到，由于前期建造時(shí)未考慮到臥缸分解、檢修的問題，啟閉機(jī)室設(shè)計(jì)的最長空間距離為14 m，而臥缸缸體長度約為10.4 m，活塞桿長度約為10 m，常規(guī)檢修方式為將臥缸拆下后，放置于墊有枕木的地面上，然后通過緩慢注入壓力油的方式將活塞缸和活塞桿進(jìn)行分離，其拆卸需要的空間距離至少為20.4 m，顯然按照常規(guī)的檢修方式是無法在啟閉機(jī)室內(nèi)進(jìn)行拆解的，故需要結(jié)合啟閉機(jī)室的現(xiàn)有條件設(shè)計(jì)兩套支座裝置，對臥缸的分解、檢修流程進(jìn)行改進(jìn)，以確保臥缸的檢修按進(jìn)度計(jì)劃順利完成。

3 檢修前準(zhǔn)備工作

3.1 檢修工作流程設(shè)計(jì)

為保證臥缸檢修任務(wù)的順利完成，并確保檢修質(zhì)量，根據(jù)啟閉機(jī)房現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)檢修工藝步驟如下：

（1）設(shè)計(jì)制作專用工器具2套支座裝置，其中一套支座用于支撐缸體，另一套支座用于支撐活塞桿。設(shè)計(jì)高度依據(jù)作業(yè)現(xiàn)場與人字門頂部高差確定。

（2）缸體支撐配備帶導(dǎo)向功能的行走輪，并配備鎖閉裝置；地面安裝導(dǎo)向軌道。

（3）活塞桿托架配備機(jī)械千斤頂，用于調(diào)整頂升高度。

（4）鎖定船閘人字門，用吊車將油缸整體吊起后向閘室方向平移6 m，降落油缸，將活塞桿耳孔固定在人字門上，如圖1所示。

圖1 臥缸起吊示意圖

（5）調(diào)整活塞桿支撐頂升高度，保證油缸體與活塞桿基本同心。

（6）將臥缸的油排出后，使用空壓裝置在油缸無桿腔緩慢注入空氣壓力，逐漸拉出活塞桿（實(shí)際為活塞桿不動(dòng)，缸體緩慢后移）。操作過程中監(jiān)測活塞桿與缸蓋四周間隙，不斷調(diào)整活塞桿托架高度及缸體支撐導(dǎo)向軌道方向，保證四周間隙基本均勻，如圖2所示。

圖2 臥缸檢修二維示意圖

（7）活塞桿拉出后，更換活塞密封、缸蓋密封，按照同樣方式回裝。

（8）對油缸進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，確認(rèn)無串油，無滲漏。

3.2 專用工器具結(jié)構(gòu)

臥缸和兩套專用工器具的檢修三維示意圖如圖3所示，兩個(gè)托架分別用于拆卸和裝配臥缸活塞桿和臥缸缸體，并引導(dǎo)活塞桿在拆卸、裝配時(shí)順利出入缸體?；钊麠U滑輪座裝置和臥缸滑輪支座如圖4和圖5所示，臥缸滑輪支座主要由滑輪、支架以及臥缸缸體支撐座組成，其中支架高度根據(jù)船閘閘室人字門高度設(shè)計(jì)，臥缸缸體支撐座根據(jù)臥缸缸體的直徑大小設(shè)計(jì)成倒 “八”字形，防止油缸在移動(dòng)過程中脫落；活塞桿滑輪支座裝置主要由錐形滑輪、支撐架、滑輪伸縮架和千斤頂組成，為確?；钊麠U在拆卸過程中不受到損傷，將活塞桿滑輪設(shè)計(jì)成錐形結(jié)構(gòu)，并確保滑輪表面光滑；而伸縮架與支撐架設(shè)計(jì)為間隙配合，確保千斤頂頂起正常。通過兩套支座的協(xié)調(diào)配合，使臥缸缸體和活塞桿順利在啟閉機(jī)房內(nèi)拆解，并將缸體移至合適施工位置進(jìn)行檢修。

圖3 臥缸檢修示意圖

圖4 臥缸滑輪支座圖

圖5 活塞桿滑輪支座

4 基于Ansys Workbench的臥缸滑輪支座有限元分析

由于在檢修過程中，臥缸滑輪支座受到的壓力最大，本次設(shè)計(jì)采用的焊接鋼板厚度為8 mm，為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)臥缸滑輪支座主體支架的可靠性，確保在使用過程中不發(fā)生變形等問題，需對其進(jìn)行受力分析。在三維軟件Solidworks建立靜力分析的實(shí)體模型，并將文件以*X_T格式保存，然后導(dǎo)入到Ansys Workbench中，得到臥缸滑輪支座的有限元模型，在Workbench中輸入模型材料屬性，由于大多數(shù)試制零件的材料都是45鋼，因此這里定義模型材料為45號(hào)鋼，定義材料屬性后，對該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于臥缸滑輪支座形狀較為規(guī)則，因此采用計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確的六面體網(wǎng)格劃分，所以根據(jù)模型設(shè)計(jì)焊接件的厚度，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為2 mm，生成的臥缸滑輪支座網(wǎng)格模型，如圖6所示。

圖6 臥缸滑輪支座的有限元模型網(wǎng)格劃分

接下來對模型進(jìn)行邊界條件的設(shè)置，由于臥缸在整體吊起后先放置于臥缸滑輪支座上再進(jìn)行活塞桿的拆卸，所以要對滑輪進(jìn)行約束固定；查閱資料得知臥缸整體重量為18 000 kg，由于臥缸整體放置在兩個(gè)臥缸滑輪支座上，因此，每個(gè)滑輪支座平均受到的壓力大小為90 000 N，通過Workbench的求解設(shè)置分別將上述壓力施加到臥缸滑輪支座的有限元模型上，最后添加模型的總變形、應(yīng)力以及彈塑性應(yīng)變求解結(jié)果，并對模型進(jìn)行求解。

Workbench的有限元分析求解結(jié)果如圖7所示，在對有限元模型施加載荷后，由應(yīng)力結(jié)果分析可知，在臥缸整體完全放置在臥缸滑輪支座上后，支架底部產(chǎn)生了較大的應(yīng)力集中，其中最大的應(yīng)力發(fā)生在支架底板和支撐鈑金結(jié)合處，其最大應(yīng)力為134.99 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服極限360 MPa，同樣，對機(jī)架的應(yīng)變進(jìn)行分析，其最大形變?yōu)?.427 9 mm，發(fā)生在支架底板的兩個(gè)支撐鈑金之間，通過對開溝器機(jī)架有限元模型的應(yīng)力應(yīng)變分析，在整個(gè)臥缸起吊檢修作業(yè)中，臥缸的重量并不會(huì)對臥滑輪支座的性能造成太大的影響，表明臥缸滑輪支座的設(shè)計(jì)具有一定的可靠性。

圖7 求解結(jié)果

5 結(jié)語

本次1號(hào)船閘停航大修工期長，社會(huì)影響重大[5]，而1號(hào)船閘人字門臥缸的檢修在空間不足條件下成功解決船閘人字門臥缸起吊、平移，分解、檢修工作，并按計(jì)劃進(jìn)度順利完成臥缸的檢修，兩套臥缸缸體支撐架的設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵。

人字門臥缸修后各項(xiàng)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，運(yùn)行工況良好。本次臥缸檢修成功解決了由于液壓泵房室內(nèi)空間的局限性，無法對臥缸進(jìn)行檢修的問題。其中的良好實(shí)踐：①處理手段相對簡單，現(xiàn)場實(shí)施及時(shí)要求不高；②投入費(fèi)用少，只需制作兩套臥缸缸體和活塞桿支座，以低成本的方式完成臥缸檢修工作，大幅縮短檢修工期；③具有良好推廣性，此次船閘人字門臥缸檢修為其他空間不足、起吊條件不佳的作業(yè)現(xiàn)場提供較好借鑒經(jīng)驗(yàn)，為解決大型設(shè)備現(xiàn)場分解及中心調(diào)整難題提供了解決思路。