活动人工闸支撑杆类型比较

王泽华 王湛 闫永生 耿晔晗 李凯旋

摘 要：近几十年来，由于液压缸升降活动人工闸门的独特优势，它在国内外水利水电工程应用发展很快，但是闸门液压系统漏油的问题，却始终没有很好解决。液压系统漏油，会对活动人工闸造成很大危害。为解决这个问题，活动人工闸支撑杆便孕育而生。目前活动人工闸支撑杆主要有直杆滑动型支撑杆、折叠型支撑杆和伸缩型支撑杆三类，这三类支撑杆各有优缺点，通过在升降闸时间、生产制造成本和运行维护等方面进行比较分析，为工程应用提供一定的参考。

关键词：支撑杆;锁定;解锁;液压;泄漏

中图分类号：U641.3             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0101-02

合页坝、人工闸和液压升降闸等中小型活动钢板闸本质上讲都是液压“三铰点变幅运动机构原理”  与传统水闸的优化结合[1]，是利用液压动力升降钢闸门，我们统称这类闸门为活动人工闸，它实现了蓄水灌溉、泄水行洪和景观的功能，可适用于有电或无电地区，运用范围广泛。由于液压缸升降闸门的独特优势，近几十年来，国内外水利水电工程的这类闸门发展很快，新闸型、新材料、新理论和新方法不断涌现，闸门设计水平不断提高，闸门止水、闸门防腐、闸门起闭形式都有较大发展。

虽然这类闸门都有比较大的发展，但是液压系统的泄漏问题始终没有彻底解决。液压系统漏油，不但造成环境污染，而且还导致驻闸角变小，闸门参差不齐，有的闸甚至漏水。

液压系统泄漏，通常是由管路质量差、管路安装不符合要求、管路接头漏油、橡胶密封圈破损、液压系统污染和油温过高等[2]原因引起的，但是引起闸门液压系统泄漏的最主要原因还是液压缸的负载，这类闸门液压缸的工作状态是长时间持续受压，这种工况下液压系统泄漏在所难免。

为了解决这个液压系统泄漏问题，各种支撑杆便孕育而生，市场上出现了多种支撑杆。目前工程运用中的主要有直杆滑动型支撑杆、折叠型支撑杆和伸缩型支撑杆三类，各种支撑杆在工程运用中，都各有优缺点。

1直杆滑动型支撑杆

直杆滑动型支撑杆由主支撑杆、滑行滑轮和滑轮解锁装置等组成，如图1所示。支撑杆上部与闸体背面铰接，下部与滑行滑轮相连，滑轮支撑在一个滑槽内，滑轮可以前后运动，控制支撑杆下部滑轮运动的是解锁装置， 解锁装置由小液压缸控制[3]。

直杆滑动型支撑杆的工作过程如下，当闸门升至最大高度时，滑动支撑杆进入限位器锁定，液压系统卸荷，由支撑杆固定支撑扇门体; 当降坝时，支撑杆被小液压缸从限位器中弹出，利用扇门体自重和水压力使液压杆持续收回。通过液压杆与支撑杆相互交换使用，实现固定拦水，活动降坝[4]。

直杆滑动型支撑杆的优点是结构简单，不会过多的增加升降闸时间。直杆滑动型支撑杆的底部设有滑轮，这有滑轮有滑槽，容易受沙子、石头和杂草等杂物影响，一旦生锈堵死，升闸降闸就成了问题，又因底部设有液压缸，这又增加了泄漏风险。

2折叠型支撑杆

折叠型支撑杆包含上支撑杆、下支撑杆和液压缸等组成，折叠杆顶端与闸门铰接结构相连，底端固定在闸底板上，如图2所示。在正常挡水状态时，折叠杆展开成一条直线承受主要水压力，降闸时由设置在闸底板凹槽中的液压缸带动折叠杆弯折[5]。

折叠型支撑杆结构简洁，锁定解锁也便捷，因此工程运用也比较多。由于底部使用了液压缸， 加上河道多砂石多垃圾等工况，液压缸使用寿命比较短，漏油的风险也比较大。

3伸缩型支撑杆

伸缩型支撑杆包括第一支撑部、第二支撑部、卡接部、转轴和配合部等，如图3所示。支撑杆第一支撑部上部与闸体相连，下部与底座相连，通过控制配合部的转动，从而实现在升闸、驻闸和降闸。

人工闸支撑杆装置，分解锁（升闸、降闸）和锁定（驻闸）两个工作状态。解锁状态，第一支撑部能够相对第二支撑部沿第一方向自由运动，以配合液压缸的运动而伸长或缩短;锁定状态，当需要在升闸状态下通过支撑结构实现对闸体的支撑而进行立闸挡水，通过设置的配合部转动至与卡接部配合的位置，通过配合部与卡接部限位，以使支撑结构在闸体的压力下，依然能够维持在需要的长度，保证闸体的稳定性，达到对闸体的支撑效果。

伸缩支撑杆的优点是不需要增加额外的液压缸和液压管路，直接利用升降液压缸本身的动力实现换向、锁定和解锁，当然，伸缩支撑杆也有它缺点，它需要极高的设计制造能力，有死行程，会浪费一定的液压缸行程，升降闸时间也会比不加支撑杆的闸长点。

4三种支撑杆比较

三种优劣势明显，根据它们各自的特点，现在设定闸高和宽都相同，在增加升降闸时间、制造安装成本和运行维护等方面进行比较。

4.1额外增加升降闸时间比较

根据它们的工作原理机制，有支撑杆的闸门，都会或多或少增加升降闸门的时间。直杆滑动型支撑杆增加的时间最少，只要锁定和解锁就够了，液压缸锁定或是解锁，时间大概在3到5秒。折叠支撑杆，升坝时需要锁定，降坝时需要液压缸带动，这有一个角度和距离，每次动作時间大概在4到6秒，伸缩型支撑杆，升闸时需要经历配合部换向、锁定，时间在6到10秒，降闸时需要经历配合部换向、解锁，时间是6到10秒。所以，额外增加升降闸的时间，伸缩式支撑杆时间最多，折叠支撑杆时间次之，直杆滑动型支撑杆时间最少。

4.2制造安装成本比较

这三种支撑杆如果只计算支撑杆本身，直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆的生产制造成本比收缩型支撑杆的要低，如果再算上液压缸和液压管路，那伸缩型支撑杆的生产制造成本肯定比直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆高，而且高不少。直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆的成本，还会随着液压管路的增长，成本会增长，而伸缩型支撑杆，因为没有额外的液压系统，成本不会随管路的增长而增长。

4.3运行维护

运行维护在工程运用中是非常重要的一环，运行维护简便，可以大幅度减少后期维护成本。直杆滑动型支撑杆，它的下部装有滑动机构，这些滑动机构是浸泡在水中的，而河道中不可能没有沙子、石子、树枝等杂物，一旦这些杂物侵入到滑动机构中，这支撑杆就会发生故障，升降闸就有问题。直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆都使用液压缸，液压缸是浸泡在污泥河道中，这种工况，对于液压缸活塞杆来说是致命的，时间一长，活塞杆磨损腐蚀，导致漏油，这又会引起液压系统的其它问题。伸缩型支撑杆，是纯机械结构，没有额外的液压缸和液压管路，因此没有液压系统泄漏的问题。伸缩型支撑杆安装方式，对于河道的工况是有利的，故障率大为减少。伸缩型支撑杆相对于直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆两种支撑杆来说，是有绝对的优势。

5使用效果及结论

支撑杆支撑人工闸坝体，有二个优势：一是人工闸支撑杆装置支撑闸体，是刚性支撑，稳定性比液压缸支撑强;二是闸体在人工闸支撑杆装置的支撑下，液压缸处于自然状态，闸体不对液压系统施加载荷。

从结构特点和从在增加升降闸时间上来讲，直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆比伸缩型支撑杆结构简单，升降闸时间也占优。在生产制造成本和运行维护上看，伸缩型支撑杆比直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆都占优势。

在工程中，我们应综合考虑升降闸效率、制造安装成本和运行维护等各方面特点，再根据实际工况选择合适的支撑杆。在沙石杂物少的工况，可以采用直杆滑动型支撑杆和折叠型支撑杆，在杂物比较多的工况，可以选用伸缩型支撑杆，如果闸门需要自动降闸功能，则不建议使用支撑杆结构，支撑杆工作方式，都需要人操控。

参考文献：

[1]赵月芬，李凯旋，王湛，闫永生，耿晔晗，刘杰.钢构拦水坝在城市水生态建设中的应用进程与技术经济比较[J].中国水利水电科学研究院学报，2019，17（03）：233-240.

[2]刘汝臣，李新德.液压系统漏油原因分析及控制措施[J].装备制造技术，2009（08）：106-110.

[3]季昌化，朱水生，郑毅.中小河流闸坝新选择——液压升降坝[J].水利水电快报，2015，36（12）：27-29.

[4]余紅瑞.液压坝在河道整治中的应用[J].内蒙古水利，2018（09）：58-59.

[5]黄振东，刘鹏鹏，胡霜天.液压升降坝启升机构的优化与改进[J].水电能源科学，2019，37（08）：167-169+176.