双锁心挤挂式机械抓梁的设计（孙鲁安,耿鹏举,杜伟峰）

［摘要］ 双锁心挤挂式机械抓梁靠自身的重力作用迫使挂体尖端挤开对开式吊钩完成与闸门的挂脱，其动作部件设计独特，具有挂体短、占用高度空间小、操作灵活轻便等特点，吊钩上的锁钩装置还保证了抓梁在升降途中不会发生意外脱钩事故，比较适宜在中小型水利水电工程上使用。特别是在高度空间受到限制的场合，双锁心挤挂式机械抓梁将为设计布置带来方便。

［关键词］ 机械抓梁 锁心 脱钩 挂钩 叠梁

1 抓梁的主要构造

双锁心挤挂式机械抓梁主要由抓梁体、导向装置和吊钩挂脱部件等组成（见图1），其中抓梁体和导向装置在构造形式上与其它类型的机械抓梁大同小异，主要差别是挂脱钩部分。

如图1所示，双锁心挤挂式机械抓梁的挂脱钩部件主要由吊钩、内锁心、外锁心、导向滑轮、半滑轮、控制杆、挂体、把手及拉线等组成。

吊钩采用对开式结构，由左半钩和右半钩组成。在自由状态下，由于体形上的偏心作用，左、右半钩的上部竖直段相互并拢，中部的斜段对称向外向下扩张，形成一个正三角形空腔，用于容纳挂体的头部。钩的底部为水平段，且在中部留有开口，用于配合挂体的颈部。挂钩时，必须将挂体的尖端对准钩底的开口，靠抓梁重力在挂体上产生的水平力撑开吊钩并将其挤入吊钩的空腔内。

内锁心和外锁心分别用于吊钩开、合状态下的锁定，二者的相互结合就组成了双锁心锁钩装置。内锁心用于脱钩后锁住吊钩，使吊钩不能并拢，外锁心用于挂钩后锁住吊钩，使吊钩不能张开。这样就可以避免抓梁在升降途中意外脱钩造成事故。内锁心嵌套在外锁心的空腔内，二者可以相互滑动。根据吊钩的“剪刀叉” 特性，当钩被张开时（此时外锁心已提起），钩的转铰顶部的凸角发生相对转动而张开形成一个凹槽，内锁心落入此槽内即将钩卡住（见图2-a），使左、右半钩不能回转，这样钩就不能合拢，直到将内锁心提起。当钩被合拢时（内锁心已提起），钩的转铰顶部的凸角也被合拢，外锁心落下并套在凸角上（见图2-b），这样，只要外锁心不提起，吊钩就不能打开。

拉线通过导向滑轮分别与把手、锁心、半滑轮连接，每个吊钩配一长一短两根拉线，长拉线连接内锁心和把手，短拉线连接外锁心和半滑轮。半滑轮又和控制杆组成联动机构，当控制杆被顶起时，推动半滑轮转动，短拉线将外锁心提起。反之，当控制杆下落时，半滑轮反转复位，外锁心落下。

把手是控制内锁心位置的装置。对应于挂钩和脱钩动作，把手有两个位置，当需要抓梁完成其中一个动作时，必须事先将把手扳至相应动作的位置上，这一点在操作时需务必注意，否则会造成抓梁工作失效。

挂体虽然通常固定在闸门上，但实际上是组成抓梁挂脱钩系统的重要零件，特别是挂体的头部，除满足强度要求外，还必须与吊钩配形，满足顺利挤入吊钩空腔的要求，使挂钩动作灵活可靠，因此，挂体的头部设计成箭头形。

2 抓梁的工作原理

2.1 挂钩

当抓梁进行挂钩操作时，先将把手扳至“挂钩”一端，内锁心至把手的拉线被张紧，内锁心在竖直方向的位置被固定（不能下落）。当抓梁下放使顶杆接触底坎或底层叠梁后，控制杆被顶起，推动半滑轮旋转，外锁心通过拉线被提起，吊钩被解锁。随着抓梁下放，挂体的箭形尖端挤入吊钩空腔，吊钩并拢完成挂钩。提升时，抓梁随之上升，把手与内锁心均不动作，而控制杆由于失去下部的顶推作用而逐渐下落，半滑轮上的力矩平衡被打破，半滑轮反转复位，同时外锁心下落将钩锁住，只要外锁心不提起，吊钩就不能张开，这就保证了抓梁在整个上升过程中不会意外脱钩而发生事故。

2.2 脱钩

当抓梁进行脱钩操作时，应将把手扳至“脱钩”一端，此时把手至内锁心的拉线被放松，当闸门（或叠梁）入水落到底，顶杆又先于闸门（或叠梁）与下面接触，控制杆被顶起，推动半滑轮旋转，带动拉线提起外锁心，解除对吊钩的锁紧，同时吊点（挂体）的尖端顶开吊钩，使之张开，内锁心落入吊钩转铰顶部的凹槽而卡住吊钩使之不能闭合，完成脱钩动作，提起抓梁即实现与闸门（或叠梁）在水下的自动分离。

3 设计注意事项

双锁心挤挂式机械抓梁设计时，主要应注意以下事项：

（1）为保证吊钩的联动部件动作灵活、准确，所有滑动和转动的配合表面均应进行防腐处理，如加轴套或镀铬等。

（2）锁心的重量应足够大，以克服下落过程中自身摩擦阻力和联动件产生的摩擦阻力。同时，还应确保使拉线张紧、绷直。当不满足这些要求时，可以适当增加配重加大锁心重量。

（3）拉线宜选择柔性好、强度高、变形小、耐摩且易缠绕的镀锌钢丝绳或具有类似特性的其他绳索。采用镀锌钢丝绳时，直径不超过3mm；采用其他绳索时，直径不超过5mm拉线的长度尺寸应准确，过短、过长都有可能导致抓梁工作失效。

（4）挂体的尖端夹角不宜太大，一般应取锐角。挂体尖端夹角过大，导致坡度过缓，挂钩和脱钩时，抓梁重力在挂体尖端产生的水平分力较小，不易挤开吊钩。在这种情况下，就需要增加抓梁的自重，这可能会导致启闭机容量增加和制造成本的增加。

（5）挂体头部和锁心的滑动表面应光滑，粗糙度最好不低于Ra3.2，表面应进行防腐处理。

（6）抓梁空钩悬吊状态下，应确保梁体的水平和铅锤，不允许梁体有较大偏斜，抓梁不满足此要求时，可通过配重进行调整。

（7）有时为降低抓梁与闸门的连接高度，在闸门吊点处常设置凹槽，而将挂体设在凹槽内。此时，须注意在凹槽内设置排沙孔，以防泥沙淤积，影响挂脱钩。

（8）尽管设有锁钩机构，保证抓梁在升降途中不会意外脱钩，但仍要求启闭设备除具有超载保护功能外，还应设置欠载保护，以避免抓梁或闸门下放中被卡阻而导致钢丝绳乱绳或脱出滑轮槽。

4 优缺点

双锁心挤挂式机械抓梁与其它的机械抓梁相比具有如下一些优点：

（1）特别的吊钩体型设计使挂体的高度尺寸减小，因此，当与桥机配合使用时，可降低坝面以上的排架高度，当与门机配合使用时，可降低门机的轨上扬高，从而降低工程造价。而且，由于挂体较短（如在巴家咀水库使用的2×50kN双锁心挤挂式机械抓梁的挂体高度仅190mm），更便于叠梁闸门节间贴合面的结构布置，不但适用于操作节间高度大的叠梁闸门，还特别适用于操作节间高度较小的叠梁闸门。

（2）由于抓梁自身带有吊钩锁定装置，因此，抓梁在升降过程中不会发生意外脱钩事件，相比其它采用挂体挂钩的抓梁，多了一套保护措施。

（3）与其它带有换位把手的抓梁相比，扳动把手的力较小，操作使用简便。如重锤式自动抓梁，由于扳手上带有较重的平衡锤片，把手换位就需要较大的操作力，容量稍大的，一人操作起来就很吃力，常需设置两个或多个平衡锤，操作起来相对麻烦。双锁心挤挂式机械抓梁的把手仅用来拉动一个小小的锁心，操作力仅有重锤式抓梁的数十分之一，因此，换位操作非常轻松。

与其它形式的机械抓梁一样，双锁心挤挂式机械抓梁也存在一些不足，主要是三角形体型的吊钩体受力较复杂，抓梁容量较大时，吊钩的强度与结构合理性的矛盾就难以解决。因此，这种抓梁也只适用于操作中、小起吊容量的闸门，这也是目前大多数机械抓梁共同存在的一个不足。

5 结语

双锁心挤挂式机械抓梁已在巴家咀水库工程中得到应用，经实践检验，证明是成功的，这无疑为水利水电工程的机械抓梁家族又增添了一个新的成员。由于其操作简便、使用安全、占用高度空间小等独特优点，在中小型水利水电工程中具有一定的推广应用价值。特别是在启闭设备与闸门之间的空间高度受到限制的场合，双锁心挤挂式机械抓梁将为设计布置带来方便。正因为如此，笔者诚将这种抓梁介绍给大家，以供同行设计参考和交流探讨。