GD型移动抓斗式清污设备应用研究

摘要：引江济汉兴隆河倒虹吸工程选用GD型移动抓斗式清污机，代替传统HQ型回转式清污机。本文从结构特点﹑控制方式、运行原理、应用优势等方面，结合工程应用实例着重分析，指出抓斗式清污机具有操作方便，维护简单，故障率少，适应性强，易于实现全自动控制等优点，可供类似工程清污设备更新和改造时参考借鉴。

关键词：清污设备；抓斗式清污机；拦污栅；河流清污

0引言

清污设备在我国水利工程中得到了广泛的运用，一般用于拦截并清理进水流道中的水草、漂浮物、树干等各类杂物垃圾，其主要目的是保障过流通畅，一般设置在工程的进水口，并具备捞污系统、传输系统和卸料系统。引江济汉兴隆河倒虹吸工程选用的GD型移动抓斗式清污机是一种全自动的清污设备，可以同时具备排涝、传输和卸料等功能，达到一机多用，提高清污效率。

1工程概述

引江济汉工程是从长江荆江河段引水至汉江高石碑镇兴隆河段的大型输水工程，渠道采用明渠自流输水，全长约67.23km，兴隆河倒虹吸位于引江济汉工程干渠桩号64+246，设计流量 80m³/s，为防止兴隆河上游漂浮的水草、树枝等杂物进入倒虹吸管堵塞，在倒虹吸进口处布置 4孔拦污粗格栅，但粗格栅本身不具有任何自行清理功能，若利用回转式 清污设备替换粗格栅的方案实施难度较大。不仅需要改动土建基础，而且原粗格栅也要替换。根据河流水域环境、工程的汛期抢险作业要求、设计选用GD型移动抓斗式清污机，更适用于工程清污应用场景，清污机布置在进口拦污栅栅墩悬臂排架的轨道上，循环清理进口的杂物，保证倒虹吸汛期行洪通畅，总体布置见下图1。

图1 GD型移动清污机总体布置图

2．结构特点

GD型移动抓斗式清污机机械结构包括移动小车、起升机构、液压抓斗、横向悬架导轨等组成；电气结构包括起升电气传动系统、钢丝绳与电缆同歩装置。液压抓斗传动及信号检测装置、运行自动对位装置及信号检测装置、荷载限制器、位置限制器、行程限制器、高度指示器、清污机操作控制系统、清污机信号检测装置等组成。

清污设备由悬架导轨来支撑，钢丝绳连接抓斗，配合滚筒和电气传动系统实现抓斗的上升与下降功能。采用钢丝绳简单方便易维护，行程长，但抓斗是靠自身重量下降进行抓污，抓斗易发生晃动和旋转，所以兴隆倒虹吸进口拦污栅按倾角80°布置以配合抓斗清污作业。设备额定清污能力500kg/次，安全工作负荷≥250kg，提升高度≥12m，起升速度0.3m/s，起升电机功率为15kW，启、制动的加减速度绝对值≤0.1m/s²，具有足够的启动转矩和过载能力。

3.运行原理

清污机控制模式可分为自动控制、遥控控制和电动操控制三种控制方式，皆可适用。自动模式可控制抓斗按顺序全自动清污，还可通过PLC预设拦污栅液位差，实现全天候自动运行。遥控控制是操作人员通过手持遥控器，分别操作“前进”、“后退”、“上升”、“下降”、“抓斗”、“闭斗”动作。电动操作是在控制柜上进行手动操作，控制流程见下图2。所有操作过程中，如发生移动马达过载、液压马达过载、提升马达过载、移动车过运行、液压开合抓爪过运行等错误工况时，都能够报警、及时停机，

图2 电气控制流程图

清污机打捞时，先在电控箱触摸屏设置工作时间或液位差信号，抓斗沿轨道移至第一个抓污位置，限位开关接受信号，清污机停在此处，同时抓斗向下运行，下降过程中将垃圾向下推到栅条底部，到达底部后，液压泵马达开始起动，供油阀打开，抓斗开始抓污并合拢，然后向上运行。当抓斗提升至顶部后，清污机抓斗沿轨道移至卸污区，抓斗打开把污物倒至自卸车斗上。然后移动车和抓斗移至第二个抓污位置，重复作业。轨道上设置的限位装置来一一对应每个抓污点，当所有抓污点都被清污机处理过以后，移动车返回并停靠卸污区。

打捞过程中，如被大型障碍物阻挡导致抓斗无法下行至拦污栅底部抓污，系统可通过检测抓斗钢丝绳是否松弛，使抓斗停止向下运行，抓斗合拢并向上提升污物，将污物送至卸污区后再次返回此抓污位置，继续下行清污，直至此抓污位置杂物打捞完毕为止。 

4应用优势

目前国内使用的清污机，大致分为抓斗式和回转式两大类。通过分析传统的HQ型回转式清污机和GD型抓斗式清污机特点（见下表1），发现HQ 型回转式清污机其耙齿需进行回转运动，拦污栅底部须预留至少40-50cm 的空隙让耙齿有足够回转的空间，杂物可在此堵塞附在拦污栅体上，影响过流通畅。当出现较大的障碍物时，还需人工紧急除障，防止设备受损，给维护人员带来诸多不便。而GD型抓斗式清污机可作业于多组拦污栅，且能完全深入水下打捞，杜绝了杂物在拦污栅底部堵塞的现象，清污能力相对较强，由于没有传统HQ型回转式的格栅框架式支架和耙斗运行轨道，还可减少因磨擦引起的能耗损失。

表1 回转式和抓斗式清污机特点对比

清污机类别	结构特点	控制方式	清污范围	杂物清运	后期维护
回转式 (HQ型)	拦污栅和清污机械通常为一体化设计	可实现自动控制	不能完全深入水下打捞，且受耙齿刚度限制宽度一般在6米以内	运行效率高，但需二次转运	部分部件浸入水中，有摩擦，出故障后，维护不便
抓斗式 (GD型)	拦污栅和清污机可分开布置	可全时自动控制	最大能抓到75米深度的杂物，且宽度不限	运行效率高，自卸车直接装运	无浸泡部件，无摩擦，故障少，维护成本低

兴隆倒虹吸工程自建成运行近7年来，设备运行稳定，进水口无大面积杂物拥堵现象，也未发生故障性大修。GD型移动抓斗式清污机打破了传统粗格栅的设计，由于其设计简单，不需要任何土建施工方面的成本投入。抓斗式清污机又以其操作方便，清污效率高、故障率低、维护简单等优点，避免了HQ型回转式清污机使用中的部分缺点，保证了工程清污的安全、高效运行，具有一定应用优势。 

5.结语

抓斗式清污机能适用于多种工程环境，所需空间狭小，土建要求低，易于安装，有利于提高河流清污效率,保障拦污栅汛期洪水过流通畅,对类似河流的清污工作具有借鉴意义。需要说明的是，抓斗、上部机架等部件的设计仍有改进优化的探索空间，比如采用机械加压式抓斗增加插入力、在齿间增加带孔网板增强捞污能力等，可在清污设备改造时予以参考。

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