楊浩坤，程 惠

(1. 長江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司，北京 100038；2. 中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610041)

溪洛渡電站左、右兩岸地下廠房各安裝9臺77萬kW機組，每臺機組進(jìn)水口前緣由柵墩分成5個柵孔，每個柵孔孔口尺寸為3.8 m×73 m-4 m(寬×高-水頭)，每扇柵葉由23節(jié)組成，每節(jié)高度3.12 m，采用滑道支承，柵葉結(jié)構(gòu)為框架式，每小節(jié)布置2根主梁，主梁與邊梁均采用H型材。本文主要介紹右岸進(jìn)水口攔污柵葉(以下簡稱柵葉)共46套(含備用柵葉1套)，1 058節(jié)，總重3 376 t。攔污柵葉主要技術(shù)要求：各節(jié)柵葉具有互換性，邊梁跨距4 100±2.0 mm，節(jié)間連接軸孔同軸度≤0.5 mm(高于規(guī)范DL/T5018同軸度≤2.0 mm的要求)。由于柵葉單節(jié)數(shù)量多，工期緊，以往工程中在邊梁制作階段采用單件工裝完成軸孔補強板的拼裝與焊接，工作效率低，形位公差控制難，未能較好解決各節(jié)互換性。本文采用整體工裝控制形位尺寸和裝、焊軸孔補強板，使形位公差受控、互換性好，既保證了柵葉制造質(zhì)量，同時也提高了工作效率[1]。

1 攔污柵葉制造技術(shù)要求

溪洛渡進(jìn)水口攔污柵葉各節(jié)柵葉應(yīng)具有互換性，柵葉制造的形位公差按合同規(guī)定，技術(shù)要求見表1。

表1 溪洛渡進(jìn)水口攔污柵葉形位公差要求表 mm

2 攔污柵葉傳統(tǒng)制造工藝

水電站進(jìn)水口攔污柵柵葉通常無各節(jié)互換要求，以往的傳統(tǒng)常用工藝在邊梁制作階段采用單件工裝完成軸孔補強板的拼裝與焊接，傳統(tǒng)工藝流程如下：

制作前準(zhǔn)備→原材料進(jìn)廠→檢驗→矯正→下料→邊梁端部加工→邊梁工裝制安加工好的軸孔補強板→平臺單節(jié)拼裝→檢驗→焊接平臺焊接→矯正→廠內(nèi)預(yù)組裝→檢驗→防腐、涂裝[2]。

溪洛渡攔污柵葉要求各節(jié)互換，在制作中必需控制保證邊梁跨距偏差4 100±2.0 mm、軸孔同軸度≤0.5 mm。雖然通過分析焊前、焊后數(shù)據(jù)，修正工藝分解件下料余量，加強過程質(zhì)量控制能實現(xiàn)攔污柵葉邊梁跨距的允許偏差4 100±2.0 mm，但軸孔同軸度由于精度要求高，給傳統(tǒng)工藝的制造帶來很大難度,存在以下不足。

1)整體鏜孔難以實現(xiàn)。軸孔補強板與柵架焊接、校形后整體鏜孔，能滿足各節(jié)互換和軸孔同軸度≤0.5 mm要求，但一般金結(jié)廠沒有整體鏜孔的條件，且機加工成本高，工序繁瑣，生產(chǎn)加工周期長。

2)形位公差控制難。在邊梁組拼、焊接、校形后，用單件工裝組裝、焊接已加工好的軸孔補強板，然后進(jìn)入平臺單節(jié)組拼、焊接、校形即完成一節(jié)柵架制作。此工藝形位公差控制難、互換性差、工作效率低。

柵架傳統(tǒng)常用工藝軸孔形位公差散布，見圖1。

圖1 柵架常用工藝軸孔形位公差散布圖

圖1中，軸孔形位尺寸在單節(jié)組拼、焊接等工序與柵體一起變形。主要表現(xiàn)在：①軸孔形位尺寸偏差控制難。鋼平臺平面度要求高，規(guī)范要求≤2.0 mmm，柵架組拼偏差和焊接變形造成軸孔形位尺寸偏差無法滿足<0.5 mm的要求。②吊點中心形位尺寸偏差難以保證。制作后的吊點中心為主滑塊平面度與軸孔形位尺寸偏差之和，由于柵架常用工藝各道工序偏差累積疊加，后期火焰校形并不能有效控制，公差帶呈發(fā)散不可控，也無法保證軸孔同軸度滿足<0.5 mm的要求。

3)測量工作量大。常用工藝的公差帶發(fā)散，制作過程質(zhì)量控制、測量工作量大。

金屬結(jié)構(gòu)制作常用儀器為DS3級水準(zhǔn)儀，對同軸度測控需劃線返出軸孔X、Y值，費時、費事且影響測量精度因素過多。并不適宜設(shè)備大批量制作的質(zhì)量控制。

4)生產(chǎn)效率低。攔污柵葉傳統(tǒng)常用制造工藝因較早的在邊梁制作階段就完成已加工好的軸孔補強板裝、焊，造成此后工序“攔污柵單節(jié)拼裝→檢測→焊接→焊后矯正”等工序的質(zhì)控增加難度同時，也提高了要求，更加繁瑣。

5)柵葉常用工藝對制造工器具設(shè)備要求低，但各工序偏差累積公差代發(fā)散，尤其軸孔同軸度的測控難度大，不易實現(xiàn)以工藝保證質(zhì)量達(dá)到各節(jié)柵葉互換要求，且生產(chǎn)效率低。

3 工藝優(yōu)化

鑒于上述問題，制造廠在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)對制造工藝進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)柵架單節(jié)組焊、校形后采用整體工裝完成柵架軸孔補強板裝、焊，以工裝保證同軸度和互換性，減少量測工作量[3-6]。優(yōu)化工藝流程為：

制作前準(zhǔn)備→原材料進(jìn)廠→檢驗→矯正→下料→邊梁端部加工→平臺單節(jié)柵架拼裝→檢驗→焊接平臺焊接→矯正→柵架整體工裝制安加工好的軸孔補強板→廠內(nèi)預(yù)組裝→檢驗→防腐、涂裝。

3.1 基準(zhǔn)選擇與偏差修正

偏差不僅是圖紙尺寸的差，還是建立在基準(zhǔn)上的偏差。通過合理選擇基準(zhǔn)，保證工作面，將偏差置于次要非工作面，從而修正偏差。

1)主滑塊為工作基準(zhǔn)面，將厚度偏差置于反向滑塊端，保證主滑塊平面度。

2)柵架邊梁兩端，以抓梁起吊穿軸梨形孔端為邊梁基準(zhǔn)，保證吊點中心。

3.2 整體工裝

柵架整體工裝結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 柵架整體工裝圖

1)應(yīng)用機械中虛約束，將假軸置于柵架兩側(cè)。

2)工裝在柵架梨形孔端設(shè)邊梁基準(zhǔn)擋板，與工裝架體分開制作時擋板設(shè)機加工底座，保證邊梁基準(zhǔn)垂直度；工裝在柵架4個主滑塊處設(shè)相應(yīng)機加工底座，保證平面度。

3)工作中各節(jié)主滑塊通常為兩點或三點與軌道接觸。4個底座加工面到假軸距離為柵架主滑塊座板至軸孔距離，修正同軸度和吊點中心。

3.3 基準(zhǔn)與尺寸

圖紙中邊梁兩端節(jié)間連接軸孔到頂緣和底緣是標(biāo)尺，單節(jié)高度偏差在柵架邊梁兩軸孔間。因工裝選擇抓梁梨形孔端為基準(zhǔn)，邊梁高度偏差被改到圓軸孔至底緣段。

1)為保證柵葉邊梁軸孔補強板安裝，要求數(shù)控下料時以邊梁圓孔為基準(zhǔn)偏差留在梨形孔端，邊梁構(gòu)件組拼、焊接、校形后加工梨形孔端面修正下料偏差。

2)保證任意單節(jié)互組時節(jié)間尺寸，要求：柵葉采用合適承壓塊修正邊梁高度一致且按DLT/5018負(fù)偏差控制，即單節(jié)柵架高≤3 220 mm；節(jié)間連接板軸孔間距離按正偏差控制≥360 mm。

3.4 公差控制

柵架整體工裝用假軸裝、焊軸孔補強板工藝軸孔形位公差散布，見圖3。

圖3 整體工裝制作柵架軸孔形位公差散布圖

圖3中，柵架在制作過程中產(chǎn)生變形，而軸孔形位尺寸始終是以主滑塊為基準(zhǔn)的定尺。

1)軸孔形位尺寸偏差主要因素，為工裝精度，實測工裝各形位偏差精度<0.5 mm。

2)吊點中心形位尺寸偏差，因修正主滑塊平面度，為工裝精度，實測工裝各形位偏差精度<0.5 mm。

優(yōu)化工藝，有效修正前道各工序偏差，各形位尺寸公差帶可控。

3.5 量測控制

定期和根據(jù)氣溫變化不定期復(fù)測工裝，保證工裝精度。

極難測控的軸孔形位尺寸交由工裝控制，簡化了量測工作量、提高了工效。

3.6 優(yōu)化工藝小結(jié)

相對攔污柵葉傳統(tǒng)通常所用工藝，優(yōu)化工藝具有以下優(yōu)、特點，見表2。

表2 攔污柵葉優(yōu)化工藝特點表

4 工程應(yīng)用

溪洛渡右岸進(jìn)水口攔污柵葉初期柵葉以傳統(tǒng)工藝試制10節(jié)，出現(xiàn)了太多問題，測控工作繁瑣，質(zhì)量與生產(chǎn)效率均不能保證，后批量生產(chǎn)中全部采用優(yōu)化工藝，并推廣到溪洛渡進(jìn)水口疊梁門葉制作。

常用工藝2人一組，組拼1節(jié)柵葉需1個工作日，組拼1節(jié)門葉需1.5個工作日；采用優(yōu)化工藝2人一組，柵葉組拼1個工作日完成2節(jié)，為原效率200%，門葉組拼1個工作日完成1.5節(jié)為原效率225%，效率成倍提高，見圖4。

圖4 常用工藝與優(yōu)化工藝工效對比圖

優(yōu)化工藝與常用工藝焊前、焊后檢測門葉、柵架單節(jié)所用時間見圖5。

圖5 常用工藝與優(yōu)化工藝檢測用時對比圖

經(jīng)實際制作和互換性試驗，證明該方法簡單易行，溪洛渡右岸1 058節(jié)柵葉、左右岸1 440節(jié)進(jìn)水口疊梁門葉計劃工期為36個月，在實際執(zhí)行中受其他合同項目干擾減少資源投入的情況下，24個月就全部制造完成。電站現(xiàn)場各節(jié)柵葉、門葉按互換任意組合安裝，節(jié)間銷軸均100%一次插軸成功，自動抓梁試槽抓取均100%一次成功，實現(xiàn)全部柵葉和疊梁門葉各自互換要求。目前溪洛渡電站已經(jīng)運行幾年了，據(jù)了解，電站運行單位可以根據(jù)需要隨時將攔污柵葉以及進(jìn)水口疊梁門葉下閘到任意孔口。

5 結(jié) 語

整體工裝工藝，適用于柵葉、小跨距門葉(平門)大批量生產(chǎn)，確保設(shè)備制作過程中尺寸形位公差受控并減少了量測工作量，實現(xiàn)了流水作業(yè)、提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)核算，按人工成本每人200元/日計算，僅人工費一項進(jìn)水口柵葉產(chǎn)生效益209 600元，進(jìn)水口疊梁門門葉產(chǎn)生效益478 680元，合計節(jié)約人工費688 280元。優(yōu)化工藝僅組拼環(huán)節(jié)提高工效，避免設(shè)備二次處理，保證預(yù)組一次成功，節(jié)約了生產(chǎn)資源投入和管理成本，保證了進(jìn)度，質(zhì)量得到控制。為設(shè)備現(xiàn)場安裝和維護(hù)檢修，帶來便利。

復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)的制作工藝設(shè)計，可遵循：轉(zhuǎn)移避免工作面應(yīng)力，合理利用偏差釋放應(yīng)力，借用基準(zhǔn)修正偏差，確保設(shè)備制作過程形位尺寸偏差的公差帶受控，從而保證質(zhì)量，提高工效，可推廣應(yīng)用到其他電站。