荷载精确测量型固定卷扬启闭机及其安装方法与流程

本发明涉及水利水电工程中闸门用启闭机技术领域，尤其是涉及一种荷载精确测量型固定卷扬启闭机及其安装方法。

背景技术：

目前，国内大、中、小水电站达几千座，卷扬式启闭机数量更是数以万计。水电站使用的卷扬式启闭机与常规起重机的运用方式不同，常规起重机均在地面以上操作运行，起吊的物品在操作人员的视线范围之内，有问题可以及时发现，受外界影响较小；而水电站卷扬式启闭机主要用于起吊闸门，基本处在水下或地面以下作业，特别地，由于闸门在专属的门槽内运行，局限性大，摩擦或卡阻等现象较为普遍，尽管现有卷扬式启闭机上安装了荷载限制器，但由于其测量不精确，操作人员难以对闸门的状态进行预判，因此事故仍时常发生，影响了水利工程的正常工作运行。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种荷载精确测量型固定卷扬启闭机，同时提供一种启闭机安装方法，具体可采取如下技术方案：

本发明所述的荷载精确测量型固定卷扬启闭机，包括

机架，位于水工预埋件上方；

滚筒机构，包括设置在所述机架上的滚筒和轴承座，所述滚筒两端的转轴与所述轴承座转动相连，且滚筒上设置有钢丝绳；

滑轮组，包括设置在机架上的定滑轮和平衡轮，以及设置机架下方的动滑轮，所述动滑轮、定滑轮和平衡轮均与所述钢丝绳绕接相连；

动力机构，包括设置在机架上的电机和减速器，所述电机和减速器通过位于两者之间的联轴器连接，且所述联轴器上设置有制动器；

传动齿轮组，包括设置在所述减速机输出轴上的主动轮和设置在滚筒一端转轴上的从动轮，所述主动轮和从动轮传动相连；

拉压传感器，位于机架的支承位，且所述拉压传感器的上表面与机架相连，下表面与所述水工预埋件相连；

其中，拉压传感器的信号输出端与plc的信号输入端电连接，所述plc的输出控制端与液晶显示屏的输入控制端电连接。

所述机架上还设置有用于测量动滑轮高度的高度传感器。

所述机架为矩形结构，且机架的支承位位于所述矩形结构的四角处。

所述拉压传感器为悬臂梁式结构，包括

传感器主体，具有第一端和第二端，所述第一端位于机架下部，所述第二端延伸至机架以外并位于水工预制件上方；

压板，位于机架下部，且所述压板和机架通过第一螺栓相连，而机架、压板和所述传感器主体的第一端则通过第二螺栓相连；

垫板，位于传感器主体下部，所述垫板的上表面与传感器主体的第二端相接触，垫板的下表面与水工预埋件焊接相连，且垫板和传感器主体的第二端通过第三螺栓相连。

所述传感器主体、压板和垫板均为矩形结构，且每一所述拉压传感器均包括四个第一螺栓、一个第二螺栓和两个第三螺栓。

所述滑轮组包括四个动滑轮、两个定滑轮和一个平衡轮。

所述钢丝绳的一端连接在滚筒上，另一端依次绕过动滑轮、定滑轮、动滑轮、平衡轮、动滑轮、定滑轮和定滑轮后再次连接在滚筒上。

所述传动齿轮组采用开式齿轮传动结构。

本发明所述的启闭机安装方法，采用上述的荷载精确测量型固定卷扬启闭机，包括如下步骤：

第一步，预先设置水工预埋件；

第二步，安装机架和拉压传感器；按照机架尺寸进行现场放样，在水工预埋件上焊接垫板，并通过第三螺栓固定垫板和位于其上方的传感器主体；同时，通过第一螺栓将压板固定在机架下表面的支承位；然后，起吊机架，并通过第二螺栓将机架、压板和传感器主体连接在一起；

第三步，在机架上安装动力机构、滚筒机构、传动齿轮组和滑轮组，完成施工。

本发明提供的荷载精确测量型固定卷扬启闭机，结构简单，便于维护，通过安装在启闭机机架承压点处的压力传感器，能够准确测量出闸门的动态荷载，从而使地面操作人员可以提前了解闸门是否产生卡阻等工作状态，避免事故发生，有效保证水电站的长期稳定运行。本发明提供的启闭机安装方法，安装工序少，花费时间短，方便快捷，投资较低，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是图1中拉压传感器的安装结构示意图。

图5是图1中的滑轮组连接结构示意图。

图6是本发明用于水平/斜拉启闭闸门的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本发明所述的荷载精确测量型固定卷扬启闭机适应垂直、水平、斜拉等各种启闭闸门的方式。以下以垂直式起吊闸门的400kn启闭机来说明本发明的具体结构。

如图1-5所示，本发明包括机架1、滚筒机构2、滑轮组3、动力机构4、传动齿轮组5、拉压传感器6和高度传感器7。上述机架1为矩形结构，位于水工预埋件8上方，其四角处为支承位。滚筒机构2包括一对固定安装在机架1上的轴承座2.1，轴承座2.1之间为滚筒2.2，上述滚筒2.2两端的转轴与轴承座2.1转动相连，且滚筒2.2上连接有钢丝绳2.3。

滑轮组3包括固定安装在机架1上的两个定滑轮3.1和一个平衡轮3.2，以及位于机架1下方的四个动滑轮3.3，其中，两个定滑轮3.1相对设置（一左一右），每个定滑轮3.1下方分别对应设置两个动滑轮3.3，平衡轮3.2位于定滑轮3.1一侧，且与定滑轮3.1相互垂直。由于其大部分是水下作业，因此采用滑动轴承和缠绕效率0.925的钢丝绳2.3与卷筒2.2连接。可以将钢丝绳2.3一端与滚筒2.2连接，另一端依次绕过左侧第一个动滑轮、左侧定滑轮、左侧第二个动滑轮、平衡轮、右侧第一个动滑轮、右侧定滑轮和右侧第二个定滑轮后再次连接在滚筒2.2上。

动力机构4包括固定安装在机架1上的电机4.1和减速器4.2，两者通过联轴器4.3连接，联轴器4.3上安装有制动器4.4。减速器4.2输出轴上连接有传动齿轮组5，该传动齿轮组5包括安装在减速器4.2输出轴上的主动轮5.1和安装在滚筒2.2右端转轴上的从动轮5.2，主动轮5.1和从动轮5.2为开式齿轮，且两者啮合相连。

电机4.1启动后，滚筒2.2在动力机构4的作用下转动，与滑轮组3绕接的钢丝绳2.3带动闸门上升或下降。为了准确测量闸门启闭过程中启闭机的载荷，在机架1四角的支撑位分别安装有一个拉压传感器6。具体地，每个拉压传感器6均包括矩形结构的传感器主体6.1、压板6.2和垫板6.3，传感器主体6.1具有第一端和第二端，第一端位于机架1下部，第二端延伸至机架1以外并位于水工预制件8上方；压板6.2位于机架1下部，且压板6.2和机架1通过四个第一螺栓6.4相连，而机架1、压板6.2和传感器主体6.1的第一端则通过一个第二螺栓6.5相连；垫板6.3位于传感器主体6.1下部，垫板6.3的上表面与传感器主体6.1的第二端相接触，垫板6.3的下表面与水工预埋件8焊接相连，且垫板6.3和传感器主体6.1的第二端通过两个第三螺栓6.6相连。上述拉压传感器6的信号输出端与plc的信号输入端电连接，plc的输出控制端则与液晶显示屏的输入控制端电连接。

上述拉压传感器6的上表面与机架1固定相连，下表面与水工预埋件8固定相连，能够同时承受拉、压变形，适应水电站所有的固定卷扬式启闭机，特别是能应用在地震级别较高地区，兼顾承受水平荷载。其次，对于水平或斜拉启闭闸门（图3），机架1靠近滑轮组的支撑点m1、m2承受压力，机架1远离滑轮组的支撑点m3、m4承受拉力，本发明采用的拉压传感器6可以同时满足上述受压、受拉要求。

此外，机架1上还安装有用于测量动滑轮3.3高度的高度传感器7，高度传感器7也与plc和液晶显示屏电连接。

本发明所述的对于上述荷载精确测量型固定卷扬启闭机启闭机的安装方法，包括如下步骤：

第一步，预先设置水工预埋件8；

第二步，安装机架1和拉压传感器6；按照机架尺寸进行现场放样，在水工预埋件8上焊接垫板6.3，并通过第三螺栓6.6固定垫板6.3和位于其上方的传感器主体6.1；同时，通过第一螺栓6.4将压板6.2固定在机架1下表面的支承位；然后，起吊机架1，并通过第二螺栓6.5将机架1、压板6.2和传感器主体6.1连接在一起；

第三步，在机架1上安装动力机构4、滚筒机构2、传动齿轮组5和滑轮组3，完成施工。

当启闭机启、闭闸门时，将启闭力及启闭机自重等荷载传递到机架的四个支承点；四个支承点各自将力通过压板6.2传递至传感器主体6.1，传感器主体6.1受压变形；传感器变形信号通过电缆传递至数据转换器，将变形信号转化为荷载信号，且四个支承点的荷载加和成一个总荷载，再通过信号电缆传递至液晶显示屏实时显示。在本发明中，当启闭荷载达到额定荷载的90%时，其输出信号使电控设备发出声光报警信号；当钢丝绳拉力超过额定荷载的10%时，电控设备自动切断电源，制动器抱闸，起升机构停止工作并报警；当钢丝绳拉力小于设定值为欠载情况时，电控设备发出声光报警信号，并自动切断电动机电源，由此实现在闸门启闭过程中过载和欠载保护两种功能。

本发明的启闭机在机架和水工预埋件之间设置拉压传感器，且机架支承位与传感器测量点相匹配，即有几个支承点，就设几个拉压传感器，从而实现了对启闭载荷的精准测量，充分避免了传统固定卷扬启闭机受卷筒上钢丝绳长度的变化和支承点拉、压荷载变化等因素的影响，导致测量精度较低的情况。

传统固定卷扬启闭机采用普通荷载限制器进行荷载测量。上述普通荷载限制器包括定滑轮式传感器、zx轴销式传感器、zy型柱压式传感器和轴承座式传感器等。通常情况下，定滑轮式传感器安装在定滑轮轴下，zx轴销式传感器和zy型柱压式传感器安装在平衡滑轮处，在实际运行中，上述传感器容易受卷筒、滑轮组效率等因素影响，产生较大的测量误差。轴承座式传感器主要安装在卷筒轴承座处，受钢丝绳自重和卷筒布置型式的影响，实际应用过程中也不能对起重量荷载进行准确测量。

具体地，起升闸门时，电机驱动减速器、卷筒旋转，带动缠绕在卷筒上的两根钢丝绳（即钢丝绳与卷筒相连的两端部）向上运动，从而带动滑轮旋转，此时缠绕在卷筒上的两根钢丝绳须克服滑轮的摩阻力使动滑轮旋转，即缠绕在卷筒上的两根钢丝绳所承受的力p1要大于与动滑轮相连的两根钢丝绳的力p2，以此类推，传递至平衡滑轮时，其钢丝绳的力要远小于缠绕在卷筒上两根钢丝绳的力。由于zx轴销式传感器和zy型柱压式传感器安装在在平衡滑轮处，测量的误差应不小于滑轮组的效率，误差约为7.5%。对于安装在卷筒轴承座处的轴承座式传感器，由于缠绕在卷筒上的钢丝绳承受的力较所有钢丝绳的平均值略大，同时由于在启闭机在整个扬程范围内，卷筒上钢丝绳的长度时多时少的变化，导致轴承座下的传感器测量值也存在较大误差。一般地，扬程低时，测量误差较小，随扬程的增加，测量的误差也随之增加。对于安装在定滑轮轴下的定滑轮式传感器，由于钢丝绳数量相对较多，其测量误差虽然较平衡滑轮处或轴承座处要小一些，但由于滑轮组效率的存在，测量误差也不尽人意。如果再考虑到传感器本身测量系统的误差±5%，传统400kn固定卷扬式启闭机荷载测量理论误差最少达12.5%。此外，由于钢丝绳受力较起升闸门相反，因此，即使起吊同样的重量，闸门上升时液晶显示屏上的荷载显示数值也比实际小，闸门下降时液晶显示屏上的荷载显示数值则比实际大。

而本发明从消除固定卷扬式启闭机内力的思路和方法出发，将整台启闭机作为一个部件单元，在整台卷扬式启闭机与外界接触的地方，即机架的四个支承位置处分别设置四个拉压传感器，使拉压传感器不受滑轮组、卷筒、钢丝绳重量等内力的影响，精准测量启闭力和启闭机自重，消除传统400kn固定卷扬式启闭机启闭闸门过程中大约12.5%的荷载测量误差，有效防止荷载超限事故的发生。本发明所述的启闭机安装方法，安装工序少，花费时间短，方便快捷，投资较低，具有良好的应用前景。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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