液压四连杆船闸启闭机的设计与研制

时间：2024-05-17

陈思宇

（江苏省淮阴船闸管理所，江苏淮安 223001）

在船闸设计当中，需要根据船闸的实际使用情况进行分析，有针对性地对船闸进行设计和研制。笔者根据多年工作经验，全面地掌握船闸运行过程当中的水阻力矩及其变化规律并分析门体当中所存在的动态水力特性，对液压四连杆船闸启闭机进行了设计和改进，提高了人字门启闭机在日常运行维护当中的可靠性，从而有效提升了船闸技术。

1 设计概况

在该文当中，笔者首先对液压四连杆的启闭机原理进行了全面地了解，对船闸的人字门设备进行分析，应用三角闸门和一字闸等多种方式对船闸进行改进，其改进部分主要包括了工作机构、液压缸和泵站这3个部分。液压四连杆启闭机机构的运行，主要是在一个平面丝杆机构的基础上实现的，该平面丝杆机构由曲柄AB、连杆BC、摇杆CD和机架杆AD这4个连杆组成，在船闸机械设计过程中，由于四杆机构的外形和基本形式存在着很大的差异，需要根据起闭闸门的实际需求进行改进设计。其中大齿轮是油缸活塞杆和齿条驱动进行连接的主要设备，曲柄通过主动杆与大齿轮进行固定连接。摇杆主要可以对闸门的门体与建筑物机房和大地进行连接。在这个运动关系当中可以分析得出，曲柄本身在做出匀速旋转的同时，需要保证摇杆本身的不均匀旋转现象。如图1所示。

人字门的理想运行状态是闸门门体在运行到两端部分时，运行中间部位时速度较快，进行至两端时速度相对较慢，在速度方面呈现出了平稳变化的现象，在没有任何调速措施的情况下，四杆机构作为船闸启闭机的传动装置，实现了人字门设备的理想工作状态。

在人字门的实际运行过程中，笔者根据人字门运动阻力的原型观测和试验研究资料来进行科学有效地分析。发现在这个过程当中，人字门启闭时的阻力矩曲线为两头大、中间小的马鞍形，因此需要全面考虑动水阻力矩、顶底枢摩擦阻力矩、风阻力矩及残余水位差引起的阻力矩等因素。与此同时，还要对门体本身的运行速度进行实际地分析。在对液压四连杆启闭机分析的过程中，发现其运行速度呈现出了两头慢但是中间快的现象，造成此种现象的主要原因是由于门体本身的阻力。这就需要对液压缸驱动部分进行改进，使液压四连杆启闭机在实际运行时能够最大限度地发挥液压传动的特点和优点。

图1

2 几何设计

四连杆在设计时，需要考虑不同的方式和方法，其中主要分为优化法和几何法两种方式。在该文当中，主要以某个城市的船闸启闭机作为主要的研究对象，该城市的船闸启闭机较小，可以利用简单且规范的几何法对其进行优化设计。在设计过程中，需要详细分析四杆机构本身所处位置和杆件尺寸参数,利用几何方式计算人字门旋转中心的具体运行规律，并作出相应设计方案。四杆机构运行时，船闸启闭机四杆机构中的连杆和摇杆之间所呈现出来的夹角被称之为传动角，传动角越小，起闭闸门的有效分力也会越小。因此在进行四杆机构的运行过程当中，需要保证良好的传动性能以适应传动角的大小变化，在传递力矩较大时，需要根据实际情况确定其传动距离的大小。

如果闸门处于全关和全开的位置时，需要保证两者的位置处于一条直线并且重合的状态，这样闸门在运行到两端时速度为零，以此来消除启闭机开关时的撞击现象。另外，针对门体变形问题，需要根据平水位和有水位的差来分析闸门的关门位置，对于不同状态下的门体变形情况进行有针对性的处理，有效地确定拉门点位置，保证门体能够正常开关。

3 液压四连杆船闸启闭机的研制

上文对液压四连杆的船闸启闭机进行了科学的分析，在实际的四连杆的船闸启闭机设计制造过程当中，我们还需要根据我国相关的法律法规，进行设计方案的研究和施工图纸的设计。在该文当中，主要以某个南方城市的船闸设计为研究对象，在制造的过程当中，需要根据当地省交通厅的具体意见，结合工程的实际需求对船闸进行科学的分析和设计，设计方案在提交到评审会评审合格后，要第一时间对船闸液压四连杆启闭机进行设计制造。

为了保证工程质量，四连杆机构的部件需要在该省的省交通工程公司镇江机械厂加工。齿轮、齿条及曲柄方面需要使用铸钢件来制造，其中需要保证齿轮以及齿条传动低速运行，齿轮需要利用展成法滚加工，而齿条则需要利用龙门刨床加工，以保证齿轮、齿条及曲柄的质量。在该船闸启闭机安装过程当中，由于本身所存在的曲柄与齿轮是用固定销联结的，因此对中心孔的距离尺寸精确度要求较高，因此需要对齿轮以及曲柄本身的连接方面进行销孔加工，使用专用工夹具并用撞削加工的方式来最大限度地保证其可互换性的具体需求。

在安装前，需要保证四杆机构本身位置的准确性，现阶段的水平仪、方框水准仪、线锤直尺等测量仪器还不能准确测量安装部件的位置、尺寸。所以，需要在对现场的实际情况进行分析之后，反复测量各设备安装点的准确位置。在安装过程中，也要根据前面所提到的每一个对应点位所处的位置进行准确的确定，保证每一个点的精确，有效地避免施工当中所出现的偏差，以此来保证整体工程的质量，在促进经济效益和社会效益同步发展的同时，对于船闸启闭机本身的技术推广和创新也可以启动到有效的推动作用，更加良好地服务于社会经济建设。