王澤華 王湛 閆永生 耿曄晗 李凱旋

摘 要：近幾十年來，由于液壓缸升降活動(dòng)人工閘門的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，它在國(guó)內(nèi)外水利水電工程應(yīng)用發(fā)展很快，但是閘門液壓系統(tǒng)漏油的問題，卻始終沒有很好解決。液壓系統(tǒng)漏油，會(huì)對(duì)活動(dòng)人工閘造成很大危害。為解決這個(gè)問題，活動(dòng)人工閘支撐桿便孕育而生。目前活動(dòng)人工閘支撐桿主要有直桿滑動(dòng)型支撐桿、折疊型支撐桿和伸縮型支撐桿三類，這三類支撐桿各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過在升降閘時(shí)間、生產(chǎn)制造成本和運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行比較分析，為工程應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：支撐桿;鎖定;解鎖;液壓;泄漏

中圖分類號(hào)：U641.3? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）01-0101-02

合頁壩、人工閘和液壓升降閘等中小型活動(dòng)鋼板閘本質(zhì)上講都是液壓“三鉸點(diǎn)變幅運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理”? 與傳統(tǒng)水閘的優(yōu)化結(jié)合[1]，是利用液壓動(dòng)力升降鋼閘門，我們統(tǒng)稱這類閘門為活動(dòng)人工閘，它實(shí)現(xiàn)了蓄水灌溉、泄水行洪和景觀的功能，可適用于有電或無電地區(qū)，運(yùn)用范圍廣泛。由于液壓缸升降閘門的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，近幾十年來，國(guó)內(nèi)外水利水電工程的這類閘門發(fā)展很快，新閘型、新材料、新理論和新方法不斷涌現(xiàn)，閘門設(shè)計(jì)水平不斷提高，閘門止水、閘門防腐、閘門起閉形式都有較大發(fā)展。

雖然這類閘門都有比較大的發(fā)展，但是液壓系統(tǒng)的泄漏問題始終沒有徹底解決。液壓系統(tǒng)漏油，不但造成環(huán)境污染，而且還導(dǎo)致駐閘角變小，閘門參差不齊，有的閘甚至漏水。

液壓系統(tǒng)泄漏，通常是由管路質(zhì)量差、管路安裝不符合要求、管路接頭漏油、橡膠密封圈破損、液壓系統(tǒng)污染和油溫過高等[2]原因引起的，但是引起閘門液壓系統(tǒng)泄漏的最主要原因還是液壓缸的負(fù)載，這類閘門液壓缸的工作狀態(tài)是長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)受壓，這種工況下液壓系統(tǒng)泄漏在所難免。

為了解決這個(gè)液壓系統(tǒng)泄漏問題，各種支撐桿便孕育而生，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種支撐桿。目前工程運(yùn)用中的主要有直桿滑動(dòng)型支撐桿、折疊型支撐桿和伸縮型支撐桿三類，各種支撐桿在工程運(yùn)用中，都各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1直桿滑動(dòng)型支撐桿

直桿滑動(dòng)型支撐桿由主支撐桿、滑行滑輪和滑輪解鎖裝置等組成，如圖1所示。支撐桿上部與閘體背面鉸接，下部與滑行滑輪相連，滑輪支撐在一個(gè)滑槽內(nèi)，滑輪可以前后運(yùn)動(dòng)，控制支撐桿下部滑輪運(yùn)動(dòng)的是解鎖裝置， 解鎖裝置由小液壓缸控制[3]。

直桿滑動(dòng)型支撐桿的工作過程如下，當(dāng)閘門升至最大高度時(shí)，滑動(dòng)支撐桿進(jìn)入限位器鎖定，液壓系統(tǒng)卸荷，由支撐桿固定支撐扇門體; 當(dāng)降壩時(shí)，支撐桿被小液壓缸從限位器中彈出，利用扇門體自重和水壓力使液壓桿持續(xù)收回。通過液壓桿與支撐桿相互交換使用，實(shí)現(xiàn)固定攔水，活動(dòng)降壩[4]。

直桿滑動(dòng)型支撐桿的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)過多的增加升降閘時(shí)間。直桿滑動(dòng)型支撐桿的底部設(shè)有滑輪，這有滑輪有滑槽，容易受沙子、石頭和雜草等雜物影響，一旦生銹堵死，升閘降閘就成了問題，又因底部設(shè)有液壓缸，這又增加了泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

2折疊型支撐桿

折疊型支撐桿包含上支撐桿、下支撐桿和液壓缸等組成，折疊桿頂端與閘門鉸接結(jié)構(gòu)相連，底端固定在閘底板上，如圖2所示。在正常擋水狀態(tài)時(shí)，折疊桿展開成一條直線承受主要水壓力，降閘時(shí)由設(shè)置在閘底板凹槽中的液壓缸帶動(dòng)折疊桿彎折[5]。

折疊型支撐桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，鎖定解鎖也便捷，因此工程運(yùn)用也比較多。由于底部使用了液壓缸， 加上河道多砂石多垃圾等工況，液壓缸使用壽命比較短，漏油的風(fēng)險(xiǎn)也比較大。

3伸縮型支撐桿

伸縮型支撐桿包括第一支撐部、第二支撐部、卡接部、轉(zhuǎn)軸和配合部等，如圖3所示。支撐桿第一支撐部上部與閘體相連，下部與底座相連，通過控制配合部的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在升閘、駐閘和降閘。

人工閘支撐桿裝置，分解鎖（升閘、降閘）和鎖定（駐閘）兩個(gè)工作狀態(tài)。解鎖狀態(tài)，第一支撐部能夠相對(duì)第二支撐部沿第一方向自由運(yùn)動(dòng)，以配合液壓缸的運(yùn)動(dòng)而伸長(zhǎng)或縮短;鎖定狀態(tài)，當(dāng)需要在升閘狀態(tài)下通過支撐結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)閘體的支撐而進(jìn)行立閘擋水，通過設(shè)置的配合部轉(zhuǎn)動(dòng)至與卡接部配合的位置，通過配合部與卡接部限位，以使支撐結(jié)構(gòu)在閘體的壓力下，依然能夠維持在需要的長(zhǎng)度，保證閘體的穩(wěn)定性，達(dá)到對(duì)閘體的支撐效果。

伸縮支撐桿的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加額外的液壓缸和液壓管路，直接利用升降液壓缸本身的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)換向、鎖定和解鎖，當(dāng)然，伸縮支撐桿也有它缺點(diǎn)，它需要極高的設(shè)計(jì)制造能力，有死行程，會(huì)浪費(fèi)一定的液壓缸行程，升降閘時(shí)間也會(huì)比不加支撐桿的閘長(zhǎng)點(diǎn)。

4三種支撐桿比較

三種優(yōu)劣勢(shì)明顯，根據(jù)它們各自的特點(diǎn)，現(xiàn)在設(shè)定閘高和寬都相同，在增加升降閘時(shí)間、制造安裝成本和運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行比較。

4.1額外增加升降閘時(shí)間比較

根據(jù)它們的工作原理機(jī)制，有支撐桿的閘門，都會(huì)或多或少增加升降閘門的時(shí)間。直桿滑動(dòng)型支撐桿增加的時(shí)間最少，只要鎖定和解鎖就夠了，液壓缸鎖定或是解鎖，時(shí)間大概在3到5秒。折疊支撐桿，升壩時(shí)需要鎖定，降壩時(shí)需要液壓缸帶動(dòng)，這有一個(gè)角度和距離，每次動(dòng)作時(shí)間大概在4到6秒，伸縮型支撐桿，升閘時(shí)需要經(jīng)歷配合部換向、鎖定，時(shí)間在6到10秒，降閘時(shí)需要經(jīng)歷配合部換向、解鎖，時(shí)間是6到10秒。所以，額外增加升降閘的時(shí)間，伸縮式支撐桿時(shí)間最多，折疊支撐桿時(shí)間次之，直桿滑動(dòng)型支撐桿時(shí)間最少。

4.2制造安裝成本比較

這三種支撐桿如果只計(jì)算支撐桿本身，直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿的生產(chǎn)制造成本比收縮型支撐桿的要低，如果再算上液壓缸和液壓管路，那伸縮型支撐桿的生產(chǎn)制造成本肯定比直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿高，而且高不少。直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿的成本，還會(huì)隨著液壓管路的增長(zhǎng)，成本會(huì)增長(zhǎng)，而伸縮型支撐桿，因?yàn)闆]有額外的液壓系統(tǒng)，成本不會(huì)隨管路的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

4.3運(yùn)行維護(hù)

運(yùn)行維護(hù)在工程運(yùn)用中是非常重要的一環(huán)，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，可以大幅度減少后期維護(hù)成本。直桿滑動(dòng)型支撐桿，它的下部裝有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些滑動(dòng)機(jī)構(gòu)是浸泡在水中的，而河道中不可能沒有沙子、石子、樹枝等雜物，一旦這些雜物侵入到滑動(dòng)機(jī)構(gòu)中，這支撐桿就會(huì)發(fā)生故障，升降閘就有問題。直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿都使用液壓缸，液壓缸是浸泡在污泥河道中，這種工況，對(duì)于液壓缸活塞桿來說是致命的，時(shí)間一長(zhǎng)，活塞桿磨損腐蝕，導(dǎo)致漏油，這又會(huì)引起液壓系統(tǒng)的其它問題。伸縮型支撐桿，是純機(jī)械結(jié)構(gòu)，沒有額外的液壓缸和液壓管路，因此沒有液壓系統(tǒng)泄漏的問題。伸縮型支撐桿安裝方式，對(duì)于河道的工況是有利的，故障率大為減少。伸縮型支撐桿相對(duì)于直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿兩種支撐桿來說，是有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

5使用效果及結(jié)論

支撐桿支撐人工閘壩體，有二個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是人工閘支撐桿裝置支撐閘體，是剛性支撐，穩(wěn)定性比液壓缸支撐強(qiáng);二是閘體在人工閘支撐桿裝置的支撐下，液壓缸處于自然狀態(tài)，閘體不對(duì)液壓系統(tǒng)施加載荷。

從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和從在增加升降閘時(shí)間上來講，直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿比伸縮型支撐桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，升降閘時(shí)間也占優(yōu)。在生產(chǎn)制造成本和運(yùn)行維護(hù)上看，伸縮型支撐桿比直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿都占優(yōu)勢(shì)。

在工程中，我們應(yīng)綜合考慮升降閘效率、制造安裝成本和運(yùn)行維護(hù)等各方面特點(diǎn)，再根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的支撐桿。在沙石雜物少的工況，可以采用直桿滑動(dòng)型支撐桿和折疊型支撐桿，在雜物比較多的工況，可以選用伸縮型支撐桿，如果閘門需要自動(dòng)降閘功能，則不建議使用支撐桿結(jié)構(gòu)，支撐桿工作方式，都需要人操控。

參考文獻(xiàn)：

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