罗娜 白晓君 李雷
(水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州 310012)
摘要：分析了现有重锤式机械抓梁实际应用中存在的缺陷，介绍了一种水电站起重机用新型防脱钩机械自动抓梁的结构形式、自锁式吊钩和机械自动感应装置的工作原理,分析了新型防脱钩机械自动抓梁具有的优点。
关键词：水电站 机械抓梁 防脱钩
1 概述
自动抓梁是水电行业起重机起吊闸门及拦污栅的专用配套设备，工作环境主要在水下，因而对其操作的稳定性、安全性均有较高要求。现阶段应用的机械自动抓梁的结构形式主要有重锤式、转钩式[1] [2]、卡体式[3]、棘轮棘爪式[4] 、挤挂式[5]。各种形式机械自动抓梁工作原理，均是抓梁在上下运动时，依靠机械抓梁自身重力和闸门销轴或凸轮之间的相互挤压作用使机械抓梁上的吊钩或卡体转动，从而实现自动脱挂钩功能。
本文通过分析总结现有重锤式抓梁工作原理及在工程实际应用中存在的优缺点，介绍了一种新型防脱钩机械自动抓梁。抓梁主体结构稳定性高，不易与门槽卡阻；抓梁吊钩自带重锤，同时研发了自动感应装置，双重保护抓梁起吊重物时发生意外脱钩事故；新型机械抓梁锁扣与吊钩配合使用，通过拉杆及链接板同步作用，脱钩易于操作。
2 抓梁结构
水电站起重机用抓梁均与闸门门槽、闸门或拦污栅配合，门槽高程落差大、抓梁起升高度高；同时工程总体设计时，为了减小水电站起重机起重量，叠梁门因其重量轻高度小特点，应用已经很普遍[6]。当门槽宽度叠梁门高度比的比值较大时，门槽宽度与抓梁高度比的比值将更大，同时由于抓梁行程大，抓梁带闸门在门槽内升降运动时，闸门或者抓梁均容易产生卡阻现象，导致机械抓梁容易脱钩，存在安全隐患。
抓梁结构主要承受因吊重产生的剪切力和弯矩，一般做成单梁结构，单梁结构整体稳定性差，易产生横向运动，从而与闸门产生横向的相对运动，容易脱钩。框架结构相对于单梁结构整体稳定性高很多，但若为了提高稳定性，将抓梁做成框架结构是比较浪费的。
新型防脱钩机械自动抓梁在抓梁两端增加支撑架，支撑架为三角结构，这样就增加了抓梁与门槽接触处的高度，减少了抓梁带闸门或拦污栅产生卡阻的几率，提高了抓梁的整体稳定性；同时，抓梁长度方向高度尺寸不变，整个抓梁，相对与框架结构节省材料。
3传统重锤式机械抓梁
传统重锤式机械抓梁，配有一个重锤，重锤安装于抓梁中部连接板上，左右吊钩通过
拉杆、连接板实现同步动作，重锤与连接板相对位置固定。挂钩时，抓梁空钩下门槽准备提闸门时，人工将重锤置于下水平搁置板上，抓梁下降，吊钩与闸门吊耳接触并相互挤压，吊钩旋转打开，吊耳挂钩，操作起重机以提升抓梁。脱钩时，机械抓梁吊钩钩孔内表面与吊耳上平面产生挤压作用，抓梁左右吊钩在挤压力作用下同时旋转，吊钩逐渐张开，在重锤重力作用下牵引拉杆防止吊钩回摆，吊耳逐渐脱离吊钩钩孔，在抓梁吊钩完成动作的同时，操作起重机提升抓梁，使闸门吊耳完全脱离吊钩钩孔。
传统重锤式机械抓梁依靠操作起重机提升或下降抓梁，抓梁重力使吊钩与吊耳上表面相互挤压使吊钩张开，实现闸门吊耳的挂钩和脱钩，如图1所示传统重锤式机械抓梁吊钩动作图。但是，在实际应用中，起重机控制机械抓梁下降和上升的时机，并不容易控制。无论是挂钩过程还是脱钩过程，过早或者过晚上升抓梁，抓梁均不能成功实现脱挂钩。
图1.传统重锤式机械抓梁吊钩动作图
4 新型防脱钩机械自动抓梁
针对重锤式机械自动抓梁在实际使用中存在的以上缺陷，本文介绍了新型自锁式吊钩，并研发了械感应装置，实现。
4.1自锁式吊钩
新型防脱钩机械自动抓梁改变传统机械抓梁重锤位置，一分拉杆连接板上的重锤为左右吊钩外侧分别自带重锤，如图2所示。当抓梁挂钩时，吊钩位于垂直位置，这在重锤作用下，吊钩上的重锤搁置于水平垫板上，吊钩不能向外旋转，不易脱钩。抓梁梁体上设有搁置板，限制吊钩向内旋转极限角度为90度。
图2.新型防脱钩机械自动抓梁吊钩
抓梁左钩设有卡槽，卡槽位于左钩上表面中心线偏左位置，吊钩卡槽与可自由转动锁扣配合使用。脱钩时，吊钩初始位于垂直位置，钩口挂有闸门吊耳，锁钩虚搭于吊钩上表面。由于吊钩槽口位置偏离中心线左侧，此时锁扣处于自由状态。操作起重机使抓梁下降，抓梁吊钩与闸门吊耳接触并相互挤压，抓梁吊钩在挤压力作用下绕吊钩固定轴旋转，逐渐张开，闸门吊耳逐渐脱离抓梁吊钩钩口，吊钩槽口从偏离中心线位置逐渐向垂直方向旋转；锁扣在自身重力作用下，锁扣扣齿始终与抓梁吊钩上表面轮廓接触。
当抓梁下降到一定位置，吊钩张开角度足够大时，闸门吊耳完全脱离吊钩钩口，同时吊钩槽口也从远离锁扣位置旋转到近锁扣位置。由于吊钩与锁扣安装位置的高度差和锁扣重力作用，锁扣扣齿卡住吊钩槽口，这样抓梁吊钩便一直处于张开状态，即使由于闸门吊耳已经脱钩，而没有吊耳与吊钩间的相互挤压力，吊钩也无法回转，不会重新挂钩。这样就实现了一次脱钩成功，自动化程度高，避免反复操作。
4.2自动感应装置
机械抓梁左右吊钩通过联动杆实现同步动作，吊钩旋转时，带动拉杆左右移动，由于连接三角板的协同作用，拉杆上下移动，如图3所示吊钩联动方式。也就是说，吊钩旋转必然会带动联动杆动作。本文从连动杆这一必然动作出发，研发机械感应装置，双重保护抓梁挂钩状态意外脱钩。
图3. 吊钩联动方式
感应装置设在抓梁梁体内部，随着抓梁的升降动作，感应杆与闸门上表面接触，在接触力作用下感应杆可向上运动。感应装置右侧设有凸台，与固定于右拉杆上的感应球配合。当抓梁降落到位，抓梁吊钩完成挂钩动作，感应球卡住感应装置，两者产生相互挤压作用，限制感应杆左右运动，继而限制了吊钩旋转脱钩动作，如图4所示，
从而与自锁式吊钩实现抓梁挂钩时双重保护，防止意外脱钩。
图4.机械感应装置
4 总结
本文分析了机械抓梁存在卡阻的原因，介绍了新式的梁体结构，提高了抓梁的整体稳定性。本文分析了重锤式机械抓梁在实际使用中存在的不易操作实现挂钩和脱钩动作，提升闸门时易于脱钩的原因，介绍了新型防脱钩机械自动抓梁自锁式吊钩和自动感应装置。传统重锤式机械自动抓梁相比，新型机械自动抓梁具有脱钩时防止吊钩自动回钩、挂钩状态防止意外脱钩的保护功能，自动化程度高、安全可靠。
次项技术已应用与某项目，图6为工厂模拟抓梁吊钩脱钩状态时的照片。
图6抓梁吊钩脱钩状态
参考文献：
[1] 李占峰.机械转钩式自动抓梁设计[J].长春大学学报，2017（06）：8—10+29.
[2] 钟正勇.机械抓梁互锁式挂脱装置的研制[J].广东水利水电，2013（05）：77—80+84.
[3] 盛戈，谷源泉，吴翔，李树旗.卡体挂体式机械抓梁存在的问题及改进方案简析[J].华电技术，2019（07）：61—63.
[4] 陈秋红，谢夏玲，梁祥金，郭晓萌.棘轮棘爪式自动抓梁的设计探讨[J].河南水利雨南水北调，2015（08）：44——45.
[5] 孙鲁安，耿鹏举，杜伟峰，双锁芯挤挂式机械抓梁的设计[J].水工机械技术2008年论文集[C].中国水力发电工程学会，会议论文集，杭州，2007：275—278.
[6] 王利学，浮式叠梁门的应用[J].四川水力发电，1994（01）.