水電站清污機改進技術(shù)探討和實踐

1、    水電站清污機改進技術(shù)探討和實踐    何斌生摘  要：該文簡述了水電站清污機活動耙有效開口技術(shù)的探討和技術(shù)改善問題。筆者通過觀察傳動裝置及活動耙的結(jié)構(gòu)，提出了縮短清污機活動耙中的轉(zhuǎn)動半徑r的改進方案，并對清污機在改善方案中的傳動裝置、機械零部件強度進行校核驗算，以確保機械零部件的使用安全。通過技術(shù)改善提高了清污機工作效率，提高33%，并收到了較好的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：水頭損失;清污機活動耙有效開口;清污機傳動零件的校核：tv73               

2、文獻標志碼：a0 概述大埔縣三河壩水電站是梅潭河梯級開發(fā)規(guī)劃中的最末一級電站。地處該河的出口，該站壩址以上集雨面積為1 603 km2，河流全長為137 km，沿河的垃圾隨河水匯集于水電站的攔污柵前，帶來嚴重的水頭損失。為此，該站在上級領(lǐng)導的重視和關(guān)懷下，安裝了1臺自動清污機。使用后，柵前垃圾由于清污機的經(jīng)常清理而收到了一定的效果，挽回了損失。由于該清污機活動耙的有效開口過小，只有670 mm，如圖1所示，按圖紙活動粑轉(zhuǎn)動半徑（即有效開口）為1 000 mm。該清污機存在粑裝不滿垃圾、效率低和清污時間長等缺陷。1 清污機的結(jié)構(gòu)與開口清污機開合機構(gòu)使用的電動機型號及參數(shù)如下：jb3074-82;

3、yi32m2-6;額定轉(zhuǎn)速960 r/min;額定電流：12.1 a;額定電壓：交流380 v。當操作活動耙開啟時，實測電動機電流為11.5 a12.1 a，活動耙有效開口為670 mm。由此可知：活動耙有效開口仍大有潛力可挖，但應顧及電動機的負載能力。為此，筆者通過觀察傳動裝置及活動耙的結(jié)構(gòu)，提出改進方案。1）縮短移動塊撞頭的間距以增長螺桿的有效行程，增大活動耙的開口，如圖2所示。2）縮短活動耙中的轉(zhuǎn)動半徑r，如圖3所示，根據(jù)相似三角形原理，也可以使活動耙開口增大。根據(jù)方案1）：將撞頭的間距由130 mm縮短為40 mm，活動耙有效開口增大了180 mm。根據(jù)方案2）：預計活動耙轉(zhuǎn)動半徑由原

4、來的650 mm縮短為450 mm（如圖3所示），但此時的d'鋼絲繩的長度l'將小于d鋼絲繩的長度l，即移動塊走同一行程時，活動耙有效開口較大。根據(jù)轉(zhuǎn)矩做功的定義公式：w=m（b-a）=f·r·式中：w轉(zhuǎn)矩功率（kgf·m）;m力對轉(zhuǎn)軸的力矩（kgf·m）;（b-a）活動耙開合弧度差（度）;f鋼絲繩拉力（n）;r轉(zhuǎn)動半徑（m）;活動耙開口角度。減小了轉(zhuǎn)動半徑r，在活動耙開同一開口時（即角一樣時），要完成相等的功w，必須增大拉力f。此力通過鋼絲繩加在移動塊上，最終負荷加給電動機，并使其過載。為了使電動機不致過載可采取增大傳動裝置的從動輪直徑

5、（由375 mm更換為530 mm）的方法，使其轉(zhuǎn)速降低，即移動塊速度減慢。根據(jù)功率公式：有：式中：pd電動機工作功率，pw工作機所需功率，指輸入工作機軸的功率，a由電動機至工作機的總效率，f工作機的阻力，w工作機的效率）以及速度公式由此得出：在不更換電動機和傳動形式時，由于從動輪直徑增大，轉(zhuǎn)速降低移動塊速度v減小，力f必然增大。上述增大從動輪直徑，使力增大的增量f=f2-f1與減小活動耙半徑鋼絲繩拉力增大的增量f '=f2'-f1'能夠抵消，是保證電動機不過載的前提。同時，上述的增量與原有的力迭加，均由傳動機構(gòu)的機械零部件承擔，因此必須對其進行必要的強度等驗算。并驗算

6、小輪包角，確定中心距、皮帶根數(shù)等。改進的立足點是：用較少的經(jīng)濟開支，達到同樣開度增大的效果。后1種較為經(jīng)濟，并且經(jīng)過驗算能保證機械零部件的使用安全，因此采用后1種方案實施。2 清污機改進的計算及傳動零件強度的校核2.1 預算改進后活動耙開口的效果在圖4中：值為原活動耙開口弧長;670 mm為原活動耙有效開口;ob值為原鋼絲繩到轉(zhuǎn)軸的距離;ob值為活動耙轉(zhuǎn)動半徑;ob'值為縮小鋼絲繩至轉(zhuǎn)軸的距離。2.1.1 用相似三角形原理作近似計算據(jù)實測知：移動塊行程與活動耙開口（弧長）有成倍的關(guān)系。即縮短活動耙鋼絲繩位置到轉(zhuǎn)軸的距離后，移動少走79 mm的行程，弧長即可增加到158 mm，達到同樣的

7、開口效果，折為弦長（即有效開口）為：則占總開口的80.4%，即由原來的占總開口的63.8%提高到80.4%。2.1.2 縮短撞頭的間距移動塊的撞頭間距由130 mm縮為40 mm，則活動耙開口約增大180 mm，即再提高約18%的開口。綜上2項進行改進，即可把活動耙的有效開口打開至約98.4%。2.2 求鋼絲繩的力（f1）和鋼絲繩拉活動耙的力（f2）2.2.1 求電動機工作功率根據(jù)所需電動機工作功率為：式中：pw工作機所需功率，指輸入工作機（這里即活動耙）軸的功率，kw;a由電動機至工作機的總效率。根據(jù)工作機所需工作功率為式中：f工作機的阻力，n;v工作機的線速度，m/s;w工作機的效率。由以

8、上兩式有式中：a=1.?2.3式中：1，?2，3分別為帶傳動、滾動軸承、螺旋副的傳動效率。取1?=0.9，2=0.98，3=0.4，則a=0.353從（圖5）升角效率曲線圖知：當螺紋升角為422'時，螺旋副效率為40%，即0.4。帶傳動的效率一般為0.96，取0.9;滾動軸承的效率為0.980.99，取0.98。工作機活動耙的效率：w=4.5。式中：4，5分別為活動鉸鏈和固定鉸鏈的傳動效率。因其傳動效率高，可忽略不計。根據(jù)公式式中：l行程開關(guān)的間距，實測為0.45 m。t移動塊走全行程所需時間，用機械秒表實測為6 s。則v=0.075 m/s由得此力（f1）即為電動機傳遞給移動塊的力。

9、2.2.2 計算力對轉(zhuǎn)軸的力矩根據(jù)公式：m=f·r （1）式中：m力對轉(zhuǎn)軸的力矩（n·m）; f對轉(zhuǎn)動物體的切向力（n）; r轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)動半徑（m）（注：r值實測為0.64 m）。（2）式中：w鋼絲繩拉活動耙所做的功。（b-a）活動耙開合弧度差。w =pw·t=pd·a·t （3）式中：pd電動機的功率，kw。即由式（2）有：由式（1）有：此力f2即為活動耙通過鋼絲繩加在移動塊上。2.3 求移動塊推鋼絲繩的力f1'和鋼絲繩拉活動耙的力f2'2.3.1 實測舉例根據(jù)改進設想有：此時實測開啟活動耙電動機電流為13.3 a14.4

10、a，超過其額定電流的19%?？紤]到工作條件和使用壽命，宜作更換530mm從動輪的配套改進。2.3.2 計算改變后的傳動比改變從動輪直徑（增大），其轉(zhuǎn)速降低給移動塊推鋼絲繩的力（f1'）增大，此改變后的傳動此 i為：符合要求根據(jù)帶傳動的傳動公式：式中：d1，d2為主，從動輪的直徑mm; n1，n2為主，從動輪的轉(zhuǎn)速rpm。移動塊走全行程所需的時間與從動輪直徑的改變（即轉(zhuǎn)速）成反比。因此改變從動輪直徑，移動塊推鋼絲繩力的增量（f1）為：f1=f1'-f1=3734.09-2641.49=1092.60kgf改變活動耙鋼絲繩位置后， 鋼絲繩拉活動耙的力的增量（f2）為：f2=f2-f

11、2=3306.23-2273.02=1033.23kgff1>f2 改變鋼絲繩位置后，電動機既能夠拖動活動耙開啟，又不至于過載。因為其力的增加是通過傳動裝置的傳動比的改變來實現(xiàn)的。但此力的增量將由傳動裝置的零部件承擔，其是否安全有待驗算。2.4 螺紋牙的強度驗算對螺紋牙進行彎曲強度和剪切強度校核，其危險剖面處的彎曲強度和剪切強度條件為：式中：q作用在螺旋上的軸向力; h螺紋的工作高度; d螺母螺紋大徑;b螺紋牙底的寬度;z螺母的螺紋圈數(shù)。2.4.1 求q由圖6得式中：螺紋升角;摩擦角;r總反力;q軸向載荷。根據(jù)式中：s導程;snp;n線數(shù);螺距;d螺紋中距。對整體螺母：取h/d2=1.2

12、2.5。式中：h螺母高度，由清污機圖紙（圖號為g-2048-16代）查得：h=60 mm;由于工作時間短而間歇時間長，所以h/d2值取1.2。即由圖查螺母型號為：t55×12-3，因此可知：p=12 mm，n=1，s=np=1×12=12mm將d2和s值代入公式得：4°22'=6°r=f2'=3306.23kgfq=r·cos（+）=3306.23cos（4°22'+6°）=3255.15kgf=31900.47 n2.4.2 求h由h=0.5p=0.5×12=6mm。2.4.3 求d根據(jù)圖

13、紙g-2048-18代，查得d=65mm。2.4.4 求b因為是梯形螺紋，因此b=0.65p=7.8mm。2.4.5 求螺母的螺紋圈數(shù)z根據(jù)得出z=5圈將上述所求參數(shù)分別供稿公式計算得：qf=9.25n/mm2;4n/mm2對青銅螺母的許用彎曲應力和許用剪切應力分別為：of'=40 n/mm260 n/mm2=30 n/mm240 n/mm2由此可知，改變后，螺母強度滿足要求。2.5 耐磨性計算螺紋工作表面的平均壓強為式中：p螺旋副的許用壓強。因為選用的螺桿為45鋼，未淬火的螺桿對青銅螺母取p=9 n/mm2，將所求參數(shù)代入公式計算得p=6.77 n/mm2。p< p滿足耐磨性的

14、要求。2.6 螺桿軸最細處強度驗算按扭轉(zhuǎn)強度計算，根據(jù)式中：d軸最小處的直徑，mm;p為軸所傳遞的功率kw;n軸的轉(zhuǎn)速rpm;c由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。根據(jù)材料45鋼查表14-2得c=118pd電動機的功率（kw），查電動機銘牌知5.5 kw。a由電動機至工作機的總效率。n1，n2分別為主、從動輪的轉(zhuǎn)速rpm。r1，r2分別為主、從動輪的直徑mm。將上述所求參數(shù)代入公式計算得：d計算=24.67 mm因為該截面有鍵槽，因此將計算出的軸徑加大4%左右，即：d計算=24.67+24.67×4%=25.66 mm，園整為26 mm。由圖紙g204818代查的螺桿軸最細處直徑為38m

15、m。即d實物>d計算。由此可知：改變后螺桿軸使用安全。2.7 計算帶長及中心距，驗算小輪包角計算帶長及中心距，驗算小輪包角（至于計算膠帶根數(shù)，確定單根膠帶的預拉力、軸上的徑向力從略）。確定計算功率pc ，校核改變后膠帶型號是否仍合適。根據(jù)公式：pc=kap式中：p傳遞的額定功率，kw;  ka工作情況系數(shù)。因為電動機反復起動，正反轉(zhuǎn)工作，工作條件惡劣，因此ka取1.1。pc=1.1×5.5=6.05 kw根據(jù)計算功率和小輪轉(zhuǎn)速n1，查圖13-14知：推薦選用b型（gb117174）與原圖所選相同，不用改型號。三角帶帶速度v數(shù)值在5 m/s25 m/s，因此符合要求。2

16、.7.1 計算帶長及中心距根據(jù)公式計算膠帶節(jié)線長度。試選at=480 mm，將主從動輪直徑數(shù)值代入公式計算得lt=2073.78 mm查表13-2取內(nèi)周長度=2 000 mm，節(jié)線周長lp=2 040 mm，實際中心距即：雖然三角帶更換較原來長（由1 600 mm更換為2 000 mm），但因受從動輪直徑增大（由375 mm更換為530 mm）的影響，改變后的中心距比原來的中心距還小（由470 mm變?yōu)?63.11 mm）。2.7.2 驗算小輪包角根據(jù)公式計算得a1=130°17'>120°式中：d2大帶輪基準直徑，mm;d1小帶輪基準直徑，mm;a中心距，m

17、m。符合要求。3 改進后的清污機善和效益開啟活動耙，電動機運轉(zhuǎn)電流為11 a，從而保證了電動機不過載?；顒影矣行ч_口為1 000 mm，達到了預算的效果，使清污速度提高33%，因清污時機組只能開空載都有利拉圾被清污耙爬起，不發(fā)出有功功率，按原來每次清污3 h計，全年每月平均3次，1年則合計36次，占用發(fā)電時間108 h。改進后若節(jié)省清污時間36 h，多發(fā)電度9萬kw·h，按每千瓦時四角三分計，年可挽回不必要的經(jīng)濟損失3.87萬元，并相應節(jié)約了人力和物力等，收到了一定的經(jīng)濟成效。4 結(jié)語筆者通過該清污機的改進實踐，并經(jīng)過改進后的實際操作使用證明：改進是必要的，而改進的方案、計算以及傳動裝置零件強度的校核也是正確的