上悬移动式自动格栅除污机的研究

摘要：对上悬移动式自动格栅除污机的组成、机理及结构特性进行研究，解决了格栅除污机在运动过程中的定位、液压系统输油管线动静结合及清渣齿耙的结构形式等关键技术问题，完成了上悬移动式自动格栅除污机的技术研究工作。

关键词：格栅除污机 液压清渣齿耙 液压动静密封

1  前言

　　国内目前使用于水处理工程中的移动式格栅除污机品种较少，能够较好地满足工艺要求，且运行可靠、操作管理方便、维护检修简单、经济耐用的品种则更是少之又少。多年来，国内学者和工程技术人员在引进、消化、吸收国外新型移动格栅除污机技术的基础上，为提高格栅的除污效率及自动化程度，解决移动格栅行走对位准确性、降低功耗、减少工程投资等问题，进行了大量深入和细致的研究工作。

　　为了适应我国水工业发展的需要，经广泛调研，查询了大量国内外机械格栅的相关资料文献，在吸收消化国外先进技术前提下，结合我国水工业的现状，针对国内现有移动式格栅除污机存在的不足，作者研究开发出一种新型格栅除污机——上悬移动式自动格栅除污机。其主要适用于均布在同一直线或具有一定曲率半径工作轨迹上的城市给水、排水、取水泵站等多进水渠道或宽栅面处的格栅清污设备。

2  现有移动格栅除污机的结构组成、工作原理

　　目前国内用于给排水进水渠道和取水泵站的移动式格栅除污机主要有：

（1）移动式钢丝绳牵引耙斗格栅除污机

　　主要由卷扬机构、钢丝绳、耙斗、钢丝绳滑轮、耙斗张合装置、机械过力矩保护、移动行车、地面固定式轨道及移动行车定位装置组成。整机定位清污动作、耙斗升降、耙斗张合、耙斗污物刮除等与固定安装的钢丝绳牵引耙斗式格栅除污机相同，唯有上机架与下机架分体，上机架全部设在移动行车上。其工作原理为：除污时，通过行程开关控制，使机架移动到需清污的格栅位置，当上下机架对位准确后，耙斗才可顺利下放除污。对于宽幅格栅，除污机除污完毕移动一个齿耙有效宽度，继续除污，直至格栅栅面污物清除完毕，栅前后水位差达到正常值时为止。对于多沟渠分布格栅，除污机除污完一个沟渠的格栅后，移动至另一沟渠，继续除污，直至所有沟渠格栅栅面污物清除完毕，栅前后水位差达到正常值时为止。

（2）移动式钢丝绳牵引伸缩臂格栅除污机

　　主要由卷扬提升机构、臂角调整机构和行走机构等组成。

　　卷扬提升机构由电动机、蜗轮减速器和开式齿轮减速器驱动卷筒，由钢丝绳牵引四节矩形伸缩套管组成的耙臂，耙斗固定在末级耙臂的端部，耙齿由钢板制成并焊接在耙斗上，耙斗内有一块借助于杠杆作用动作的刮污板，刮除耙斗内的污物。耙斗和耙臂的下降及闭耙完全靠其自重，上升则靠钢丝绳的牵引力。在卷筒的另一端还有一对开式齿轮，带动螺杆螺母，由螺母控制钢丝绳在卷筒上的排列，避免由于钢丝绳叠绕而导致动作不准确。

　　臂角调整机构由电动机经皮带传动和蜗轮减速器带动螺杆螺母，螺母和耙臂铰接在一起。在耙臂下伸前，应使耙斗脱开格栅。在耙斗刮污前，应使耙斗接触格栅。这两个动作通过改变臂角的大小来实现。

　　行走机构由电动机经蜗轮减速器和开式齿轮减速，带动槽轮行走。轨道为20号工字钢。在耙臂另一侧的车架下部装有两个锥形滚轮，可沿工字钢轨道上的翼缘的下表面滚动，当耙臂伸开，整机偏重时，可防止机体倾覆。

　　该机的供电方式采用悬挂式移动电缆，设备的各种动作由人工控制机上按钮实现，各动作的定位由行程开关控制。

（3）铲抓式移动格栅除污机

　　铲抓式移动格栅除污机由格栅部件、铲抓部件、电动葫芦、开闭耙装置、升降电缆卷筒、机架部件及电控柜等构成。

　　除污机工作时，铲抓部件处于卸渣处上行最高位置，且铲抓在张开状态时，操作手动控制按钮，启动行走按钮，铲抓部件沿工字钢轨道水平行走至需除污的格栅段停止。这时启动下降按钮，卷链装置机构开始向下放链，铲抓部件下降，当铲抓与栅条上端接触后，在铲抓两侧导向条的作用下，铲抓插入栅条间隙，铲抓继续沿栅条向下滑行铲推集渣，直至抵达渠（井）底，链松弛后自动停止，启动安置在铲抓上的水下电机，通过连杆闭铲机构，闭合铲抓。待铲抓闭合到位后，起升机构开始提升，拖动铲抓部件沿栅条面上行至限位运行停止。启动行走机构，使铲抓部件沿工字钢轨道向卸渣场移动。行至渣场处，触发限位开关而停车。铲抓张开卸渣，完成一个工作循环。

3  目前使用的移动格栅除污机存在问题与不足

（1）重力式除渣耙斗

　　目前使用移动式格栅除污机的耙斗（栅耙）绝大多数为重力式除渣耙斗，其开闭采用钢丝绳或链牵引，依靠耙斗的自重来实现清污过程，即在重力作用下，使耙斗端部耙齿插入沉积在格栅根部渣物和栅条间隙中，对附着在格栅上的污渣进行清除。由此可见，在一定结构尺寸和清渣容量情况下，势必需加大耙斗的结构重量，增加耙斗提升机构的动力消耗。

　　再之，由于耙斗对沉积在格栅根部的渣物的插入力与耙斗的重量成正比，耙斗自重越大，则插入渣物的作用力则越大，而实际情况是耙斗自重不可能过大，由此导致栅耙的齿端对格栅根部沉积的大块渣物的插入力不够，清污效果不够理想。

　　目前已有的增力式除渣耙斗（铲抓式移动格栅除污机的除渣耙斗）采用水下电机驱动，通过连杆机构来实现耙斗的增力闭合。但存在如下问题：其一，由于采用水下电机，在使用中缺乏安全性；其二，由于耙斗的执行机构结构较复杂，在水下容易造成渣物缠绕破坏。

（2）移动定位准确度低

　　移动格栅除污机在多渠道格栅清渣过程中，关键之处是移动位置的控制准确性。国内目前使用中的移动格栅除污机多数采用简单的行程开关控制来实现除污机除渣位置定位，为了克服行走装置的惯性作用，往往采用结构较为复杂的电气和机械制动装置，造成设备结构复杂，且定位精度和使用效果均不够理想。

　　移动格栅清污机的正确定位是困绕着清污设备发展的技术关键，多年来由于不能解决上述问题而形成了普遍选用多台固定式布置的局面，国内许多工程中曾先后引进了德国、英国的地面移动式清污机，但由于移动定位精度差问题而最终改为利用人工插销进行定位，既增加了操作人员的劳动强度，又易造成由于定位的偏差而产生设备运行故障。

（3）功耗高

　　目前使用的移动格栅除污机均在进水沟渠或取水泵站地面上安装轨道操作运行。使用过程中，除污机为满足工艺及结构的要求（如除渣宽度、清渣量、捞渣深度等），考虑除污机构的稳定性，往往将其机架制作得体积庞大，自重较大，以增强其设备在运行过程中的抗倾覆性。如此，即增加了金属材料用量，又加大了格栅除污机的运行功耗。

（4）操作环境差

　　由于目前使用中的大多数移动格栅除污机为地面式运行，捞渣、卸渣过程中，势必会造成对操作环境的二次污染，使得工作环境和人员的工作条件极其恶劣，同时也会对除污机的行走机构、机架等部件及运行轨道等具有较强的腐蚀破坏作用。如此的操作运行环境，无形中就会增加设备的运行维护管理费用，也大大地缩短了格栅除污机的使用寿命。再之，地面式运行，对操作人员的运行管理带来极大不便，减小了操作场地和空间，并带来了许多操作安全隐患。