王 樓，王樹強，唐 剛

（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 工程概況

白鶴灘水電站攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程為834.00 m，最大壩高289.00 m，拱壩頂中心線全長708.7 m，是目前在建規(guī)模世界第一的水電工程。在機組檢修期間，上游進水口與下游尾水管檢修閘門入槽擋水，為機組檢修創(chuàng)造無水流條件。左右岸尾水管各設置有2 臺4 000 kN 臺式啟閉機，用于尾水管檢修閘門的啟閉工作。

2 項目實施背景

白鶴灘水電站建成后將成為國內(nèi)規(guī)模僅次于三峽水利樞紐的第二大水電站，永久設備的安全性和運行穩(wěn)定性尤為重要。為保證水電站內(nèi)臺車運行可靠性，需要對臺車進行定期維護和檢修，對于臺車的端梁部位的維護是一個難點。

臺車兩側(cè)行走機構(gòu)部位內(nèi)側(cè)為閘門孔口，為移動設備臨空面。在內(nèi)側(cè)臨空面對行走機構(gòu)進行檢修時，無法保證作業(yè)人員的安全，給臺車的日常維護和定期檢修帶來不便，影響設備安全穩(wěn)定性。因此，我們設計了一種體積小、可拆裝的輕型臨空檢修平臺。本文主要研究了臨空檢修平臺的工作原理和機械結(jié)構(gòu)組成，在此基礎上分析了各構(gòu)件承受載荷情況以及在兩種工況下的應力和位移分布規(guī)律，保證新產(chǎn)品更加安全可靠，也為同類型的產(chǎn)品設計提供 依據(jù)。

圖1 臺式啟閉機臺車架示意圖 （矩形框里位置為端梁上的高強螺栓連接處）

3 現(xiàn)有臺車臨空面檢修方式及存在問題

3.1 大修期間的臨空面檢修方式

大型檢修時，現(xiàn)有臨空位置端梁部位的檢修方式為將臺車駛離閘門孔口，運行至墩墻位置，再在墩墻頂部采用搭設腳手架的方式進行檢修。因此會產(chǎn)生以下問題：①腳手架搭設作業(yè)量大，耗費時間和人工量大；②只能在固定位置檢修，無法對臨空面車輪運行情況進行動態(tài)觀察。

3.2 常規(guī)檢修時的臨空面檢修方式

臺車行走機構(gòu)內(nèi)側(cè)為門槽孔口部位，在對臺車行走機構(gòu)進行常規(guī)檢修時，需要檢修人員在軌道兩側(cè)互相配合。為保證作業(yè)人員安全，檢修人員進入軌道臨空側(cè)施工時與非臨空側(cè)人員配合對臺車行走機構(gòu)進行檢修。在對行走機構(gòu)檢修時會帶來以下問題：①常規(guī)檢修時作業(yè)空間狹窄，操作受限；②周邊沒有支撐受力點，其操作難度大；③部分檢修任務難以完成且人員需向臨空面探出身體，安全風險高；④只能在固定位置檢修，無法對臨空面車輪運行情況進行動態(tài)觀察。

4 臺車臨空面檢修平臺方案設計

4.1 基本結(jié)構(gòu)與原理

針對現(xiàn)有臺車臨空面檢修作業(yè)中存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場檢修需要，按照2 人進入到臨空面進行檢修，并配備部分檢修工器具，平臺的載荷按照300 kg設計。為能解決臺車行走機構(gòu)檢修中安全作業(yè)問題，提高檢修效率，檢修平臺設計按照三個方面的原則：①模塊化設計，互換性強；②保證強度和剛度安全條件下盡量輕巧，人工搬運方便；③各件采用螺栓和銷軸連接，安裝、拆卸方便；如圖2 和圖3 所示，檢修平臺由平臺、立柱、固定梁、欄桿及連接螺栓和銷軸等組成，安裝固定在臺車行走架上，便于檢修臺車架和行走車輪組懸空面的螺栓、軸承及其他附件。

圖2 檢修平臺示意圖

圖3 檢修平臺結(jié)構(gòu)組成

檢修平臺各部件采用標準化、模塊化設計。平臺部件由多個模塊設計的分塊平臺組成，能適應不同工況的設備檢修；固定梁和立柱標準化設計，適應平臺長度變化；各連接件標準化設計，通用性強。同時，單元模塊各部件間連接全部采用標準的螺栓和銷軸連接，其中，固定梁與臺車行車架采用螺栓連接，固定梁與立柱采用銷軸連接，平臺和立柱采用強力角件連接。現(xiàn)場組裝和拆卸方便快捷，避免焊接，大大提高工作效率。其安裝過程如圖4 所示。

圖4 檢修平臺安裝示意圖

4.2 結(jié)構(gòu)設計與選型

為滿足檢修平臺使用的安全性，需對各部件和連接件的強度和可靠性進行研究分析。本項目對檢修平臺的部件設計選型、固定梁以及立柱等連接件受力進行了分析。

圖5 檢修平臺三維效果圖

檢修平臺的固定梁和立柱主要連接件選用承載能力大、強度高的鋁合金，平臺部分采用鋁合金骨架搭設，保證其足夠的強度，再在表面滿鋪鋁合金花紋板，確保整體安全穩(wěn)定。主要結(jié)構(gòu)設計選型：

平臺骨架：平臺采用工業(yè)鋁高強型材，承載能力高（懸長1 m，最大可承載1 000 kg），重量輕（只有鋼型材的1/3）；平臺各連接件選用承載能力高的連接件，主要為強力角件；平臺鋪鋁合金花紋板，防銹效果好；欄桿采用鋁合金，外觀效果好，強度高。

4.3 有限元分析

4.3.1 有限元分析及其方程

由彈性力學方程可知，兩個接觸的彈性體處于平衡時，其離散平衡方程為：

式中：K1，U1—物體l 和2 的剛度矩陣；K2，U2—兩離散體節(jié)點位移矢量；f1，F(xiàn)1—作用在兩物體上的外力等效節(jié)點力；f2，F(xiàn)2—兩物體上的接觸力等效節(jié)點力。

通過上述平衡方程反復迭代就可以得到節(jié)點的位移和接觸應力。

4.3.2 有限元模型和分析

檢修平臺的主要連接部件為固定梁和立柱，平臺部件為主要承載部件。在SolidWorks 中建立固定梁、立柱和平臺的三維模型，再導入到ANSYS 中進行有限元分析，為平臺設計選型提供數(shù)據(jù)支撐，保證檢修平臺的使用安全。

連接部件采用Q235B 材料，根據(jù)材料規(guī)范GB50018，材料性能參數(shù)：[σ]=205 MPa、[τ]=120 MPa、[σcd]=310 MPa。

固定梁一端與臺車行車架固定，另一端與立柱連接，固定梁受懸伸平臺的扭轉(zhuǎn)彎矩載荷。由應力分析結(jié)果可知，應力主要分布于螺栓連接的部位，最大變形產(chǎn)生在懸伸與立柱連接的位置。最大應力為58.72 MPa＜[σ]=205 MPa，XY 方向的撓度均小于L/2 000，滿足材料使用安全要求。

圖6 固定梁應力云圖

X 軸、Y 軸、Z 軸方向的應變分析如圖7。

圖7 固定梁的應變云圖

立柱主要用來連接固定梁和平臺，靠銷軸進行連接。同樣受立柱懸伸平臺的扭轉(zhuǎn)彎矩載荷。最大應力為48.2 MPa＜[σ]=205 MPa，分布在與固定梁和平臺連接的部位，同樣XY 方向的撓度均小于 L/2 000。

平臺部分用于人員操作檢修的平臺，主要承受集中載荷，按400 kg 的集中載荷對平臺骨架進行受力分析。最大應力為67.61 MPa＜[σ]=205 MPa，XY 方向的撓度均小于L/2 000。

圖8 立柱應力云圖

X 軸、Y 軸、Z 軸方向的變形分析如圖9。

圖9 立柱應變云圖

圖10 平臺骨架應力云圖

X 軸、Y 軸、Z 軸方向的變形分析如圖11。

圖11 平臺骨架應變云圖

通過對檢修平臺的主要連接件和受力部件進行有限元分析，其各個受力部件的應力應變遠小于許用應力，即所選用的連接件和材料能夠滿足安全使用的要求。

5 結(jié)語

本文針對臺車行走機構(gòu)的檢修問題，研制一種用于臨空面的檢修平臺。該檢修平臺的投入使用有效地解決了臺車臨空面檢修作業(yè)過程的安全問題，提高了檢修效率。該檢修平臺可用于白鶴灘尾水隧洞臺式啟閉機，同時，也為類似設備臨空面檢修維護工作提供借鑒。