大跨度平板闸门滚轮的养护与改造

俞 翔

（常州市船闸管理中心工程技术科，江苏常州 213017）

0 引言

常州丹金船闸所采用的闸门长度为23 m，是江苏省交通系统跨度最大的升卧式平板钢闸门。由于该闸门结构复杂，使用环境恶劣，在运行数年后每次启闭均会造成闸门滚轮的异常啸叫。为了能解决此问题，在长期的养护工作中不断进行总结，同时结合相关技术资料，对闸门滚轮及附属主轴的日常养护及改进提出相应建议，为今后同类型闸门的设计、制造及养护提供参考。

1 工程概况

丹金船闸是连接苏南运河和芜申线的重要三级干线航道——丹金溧漕河的重要通航建筑，位于常州市金坛区白塔镇，基本尺寸为180 m×23 m×4 m（闸室长×宽×槛上水深），在紧靠船闸一侧为通航孔并兼做节制闸。工程设计主要包括船闸、通航孔水工建筑、闸门金属结构及启闭机、电气工程、房建工程、其他附属设施等。其中，平板钢闸门承受的是上游单向水头作用，最大设计水头差为1.71 m，校核水头2.0 m。输水采用闸门下输水，工作闸门为升卧式平板钢闸门，采用升卧式平板钢闸门能满足动水启门，门底输水，静水闭门的功能；平水期开通闸运行，有水位差时通航孔作节制闸用。启闭机则采用双吊点卷扬式启闭机。

整个闸门由闸门主体结构、两侧及下部止水橡胶、运动滚轮及主轴、闸门锁定爪和配套的预埋件等部分组成。闸门结构由前部面板、主横梁、次梁、纵梁、辅助结构支持组成，传力模式是通过前部面板将水压力依次传给次梁、纵梁、主横梁，再由主横梁传给端柱，最后由主轴传给4 个运动滚轮，运动滚轮再将力传到混凝土结构。闸门结构材料为以CCS-B 为主，型钢采用Q235B，主横梁及主滚轮布置按最不利工况等荷载原则进行布置。闸门面板及吊耳布置在迎水面，闸门卧倒方向为下游，主梁间距4.88 m，端柱处厚度0.9 m。设计闸门的尺寸为22.94 m×8.33 m×l.9 m（宽×高×厚）。

2 技术分析

2.1 工作原理

该闸门设置了4 个悬臂式主滚轮作为支承，运动滚轮的直径为1000 mm，材料为铸钢ZG310-570，表面淬火；轴套材料为具有自润滑功能的高强度材料；运动滚轮主轴材料为40Cr，调质处理，轴的大、小头分别固定在闸门叶端柱的腹板上。这种结构型式的滚轮，通常适用于的闸门承重大、运转速度较低的平板钢闸门（图1）。

图1 丹金船闸闸门主体结构

滚轮的轴端突出闸门两侧，上、下各一对。闸门进行升卧运动时，滚轮、轴套、限位挡圈、紧固螺栓一起绕主轴进行转动。单个闸门质量约54.5 t，加上两头水位差行成的水压力，载荷更大，靠滚轮承载，将荷载传递至滚轮轨道。同时主轴承受相对滑动的摩擦力影响，摩擦力会逐步导致轴承磨损，轴承磨损到一定程度就需进行维修，通常是更换易磨损的轴承。

2.2 存在的问题

在实际运行中，闸门的主轴和轴套、挡圈产生干摩擦，长时间后引起门体振动，发出金属摩擦的啸叫声；由于丹金溧漕河通航量连年增加，导致航道中的含沙量较高，加之闸门前部有门槛设置，由于闸门下部经常进入水中，河水中的泥沙极易进入零件的间隙，加剧主轴和配套的轴套、挡圈的磨损，而且零件之间的间隙过增大后，还会导致滚轮行走摇摆、间隙越磨越大，会使闸门走偏、出现卡阻（图2）。另外滚轮还会发生轴向游走，滚轮前后的挡圈也会被磨损掉，极易发生安全事故。

图2 闸门滚轮及主轴装配关系

图2 中的轴套材料为FZB053，是铝黄铜—铜合金镶嵌自润滑轴套，基体为耐磨铜合金；铜合金镶嵌自润滑关节轴承，其静载承载能力、耐磨性能较高，但价格昂贵。丹金船闸闸门的轴套厚15 mm，属于易损件。尽管设计单位认可其耐磨性高，且具有自润滑功能，但使用数年后，该轴套的实际自润滑性能不够理想。另外丹金溧漕河改线段近年来船舶流量加大，沿线工业企业不断增加，水域含沙量上升。如果未及时更换损坏的轴承，一旦轴承外侧的自润滑材料被磨掉，骨架钢板就会发生硬碰硬的情况，对主轴和滚轮轴孔造成恶性磨损，这种情况下仅仅更换轴承已经无法处理，需要彻底更换主轴和滚轮，不仅维修成本、施工难度会大大增加，还会影响船只的正常通行。

目前丹金船闸的闸门滚轮及主轴的缺点主要有4个：①滚轮及传动装置为敞开式，污水和泥沙极易进入轴套、主轴、滚轮间隙中对其造成损坏，需经常进行拆卸清洗，耗费人工且有安全隐患；②闸门尺寸为全省范围最大，同时与周围配套建筑结合紧密，技术改动空间极小；③闸门动载荷、静载荷大，相关零部件改动空间小；④养护人员日常工作强度大，且具有一定危险性。

3 解决方案说明

由于受限于船闸大修时间的限制，所以解决此问题必须进行闸门主体大修，在此之前只能进行预防性的养护措施。

滚轮的前后挡圈为螺栓连接，只需要适当松开一下螺栓，将前后挡圈与滚轮分离，然后用高压水枪冲洗泥沙，再倒入润滑油即可（图3）。此方案简单快速，在经过数个月时间的实践运行后，闸门滚轮运行正常、平稳、无振动、无啸叫，实际效果良好。但是保养时间间隔短，需工作人员经常进行现场作业，而船闸闸门的高度在13 m 以上，属于高空作业，存在安全隐患（图4）。

图3 闸门润滑作业

图4 现场部分作业区

船闸进入大修阶段，则可对闸门滚轮及主轴进行技术改进。目的是设计出一种适用于丹金船闸大跨度平板闸门的滚轮，解决滚轮及轴承易磨损的问题，减轻养护人员工作强度，确保闸门安全运行。所采用的技术方案是，在主轴增加润滑油通道，减少轴套与主轴的磨损，提高使用寿命；同时在前后挡圈增设密封圈，减少泥沙的进入（图5）。通过改进，轴套与主轴直接一直处于润滑状态，保证滚轮运行状态良好，减少零件间的互相磨损，使滚轮运行平稳、减少振动及噪声。

图5 改进后的主轴与滚轮装配示意

3.1 设计思路

（1）根据闸门现有工况，设计方案要做到控制成本、切实可行。尽可能保留可用部件，尽量不对闸门主体进行更改，改进后的滚轮及其主轴尺寸必须和原尺寸一致，避免与滚轮轨道干涉。

（2）新的设计必须将滚轮及传动副尽可能密封，有效阻止泥沙和污水进入导致零件磨损。

（3）易磨损的部位必须能加注润滑油，为零件的摩擦面提供润滑，避免内部干摩擦，提高零部件的使用寿命、降低养护成本。

3.2 改进原理

（1）在前后挡圈与滚轮之间增设O 形圈，以阻止泥沙污垢进入（图6）。

图6 轴端挡圈

（2）O 形圈的装配应考虑后续使用过程中的自然老化，要便于船闸养护人员拆卸更换。所以设计在固定螺栓外侧。

（3）在主轴前端钻孔作为润滑油腔，同时要增加专用油嘴和封堵口，便于加油换油。为增加润滑油的流动性，考虑在主轴前端上设4 个加油孔，与轴套配合部位增设出口，确保轴套与主轴之间隙的润滑空间（图7）。

图7 主轴

4 新型滚轮结构的优点

（1）在主轴部位增设润滑油腔，确保滚轮、轴套、挡圈的润滑效果，减轻零件磨损，延长零件的使用寿命。

（2）避免了泥沙污垢进入滚轮内部，避免零部件损坏。

（3）密封圈便于后续拆卸更换。

（4）降低闸门系统维修率，节约运行成本，减小工作人员的劳动强度。

5 项目实施

相关设计方案应进行有限元分析，提供详实的数据参考并组织专业设计、施工单位进行论证后实施，建设单位应派员全程参与组织图纸设计，监督零部件加工、拆装，参与调试等工作。

（1）加工制作注意事项。零件加工须保证精度，关键配件之间的配合公差应请专业技术人员进行核算，并在机加工环节保障质量。

（2）保养维护注意事项。工作人员应定期检查闸门滚轮运转情况，使用高压水枪清洗零件表面；检查油腔内油量，保证油量保持在2/3 腔；定期打开主轴顶部螺栓，排出污油、注入新油。

6 结束语

船闸机电设备养护技术人员在工作中，发现闸门机电设备存在设计缺陷时应积极主动思考解决方案，应注重实际效果，降低成本及工作强度，提升船闸安全运行条件。此项改进为同类型的船闸未来的设计、使用、养护等提供了有效的解决方案。