白 寧

水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道主索、循環(huán)索設(shè)計(jì)實(shí)例分析

白 寧

（伊春水文局，黑龍江伊春153000）

水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道是我國(guó)水文站主要測(cè)流設(shè)施。文章通過(guò)南岔水文站水文電動(dòng)纜道設(shè)計(jì)實(shí)例分析，重新計(jì)算了新選取的主索及循環(huán)索的各項(xiàng)要求，新選取的主索、循環(huán)索有效的提高了南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的測(cè)洪能力。擺脫了原有手搖纜道測(cè)洪能力低、測(cè)驗(yàn)設(shè)備陳舊的原始測(cè)流方式。經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算，保證了設(shè)備、人員在水文流量測(cè)量工程中的安全，極大的提高了南岔站水文測(cè)驗(yàn)的精度和規(guī)范要求。

南岔站；水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道；主索；循環(huán)索；架設(shè)分析

0 前 言

水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道是我國(guó)水文測(cè)站進(jìn)行測(cè)流、取沙的一項(xiàng)重要技術(shù)設(shè)備，主要是有主索、循環(huán)索、支架、地錨等設(shè)施設(shè)備組成。建設(shè)過(guò)程要做到準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)合理、方便實(shí)用。為達(dá)到各項(xiàng)要求，就要做到設(shè)計(jì)要有科學(xué)根據(jù)，安全系數(shù)選用合理、用材適當(dāng)?shù)确矫妫?］。

文章主要通過(guò)南岔水文站建設(shè)水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的實(shí)例對(duì)選用的主索和循環(huán)索進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，保證所選取的主索、循環(huán)索能夠保證滿足水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道測(cè)驗(yàn)的要求。改變?cè)斜容^原始的手搖纜道測(cè)流現(xiàn)狀。

通過(guò)計(jì)算分析水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道在南岔站的可行性，并利用實(shí)際計(jì)算結(jié)果對(duì)南岔水文站進(jìn)行改造升級(jí)。將分析結(jié)果利用到實(shí)際工作中。

1 南岔水文測(cè)站概況

南岔水文站于1953年7月1日設(shè)立，位于伊春市南岔區(qū)迎春鄉(xiāng)國(guó)慶村，地理坐標(biāo)：E129°14′50″、N47°07′54″，集水面積2 582 km2，距河口距離15 km，南岔水文站系湯旺河水系支流西南岔河下游控制站，屬區(qū)域代表站，省級(jí)報(bào)汛站。該站對(duì)探索西南岔河水文變化規(guī)律，掌握降水、徑流和泥沙等水文數(shù)據(jù)，對(duì)西南岔河的防汛、水資源管理、水利規(guī)劃具有重要的作用［2-3］。

2 南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道現(xiàn)狀

該站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道建于1980年，纜道已經(jīng)運(yùn)行了26 a，自動(dòng)化程度低，多年沒(méi)有進(jìn)行大的維修、改造，其主要部件破損嚴(yán)重，循環(huán)索已到使用年限急需更換設(shè)備帶病運(yùn)行，故障頻繁，無(wú)法保證正常工作。

在現(xiàn)有條件下只能保證測(cè)量到20 a一遇洪水，原有手搖纜道測(cè)量測(cè)驗(yàn)最高水位為95.62 m、可測(cè)最大流量1 120 m3／s、可測(cè)最大流速3.0 m／s。如遇再高洪水只能放棄使用手搖纜道，給實(shí)際流量測(cè)驗(yàn)工作帶來(lái)很大的困難［4］。

2.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)分析

2.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及要求

為整體提高南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的實(shí)用性。改進(jìn)水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的流量測(cè)驗(yàn)?zāi)芰?。南岔站改進(jìn)后水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到到30 a一遇洪水，流量測(cè)驗(yàn)設(shè)計(jì)水位：95.81m、設(shè)計(jì)流量：1375 m3／s、設(shè)計(jì)流速：5.0 m／s、纜道承受設(shè)計(jì)風(fēng)力：12.0 m／s、水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道主跨：199.0 m、主索安全系數(shù)≥3、循環(huán)索安全系數(shù)≥2.5。

南岔水文站纜道布設(shè)圖見(jiàn)圖1。

圖1 南岔水文站纜道布設(shè)圖

2.2.2 鉛魚(yú)選取

計(jì)算公式為：

根據(jù)南岔站的跨度和流速等原因，鉛魚(yú)重量的倍數(shù)取9值，P＝9ql＝175.52 kg

實(shí)際采用200 kg鉛魚(yú)。

2.2.3 主索設(shè)計(jì)計(jì)算

主索計(jì)算依據(jù)：

在計(jì)算南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道主索可行性計(jì)算中，依據(jù)鉛魚(yú)重量200kg、行車(chē)架重為40 kg、其他附件為15 kg，以此為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算［5］。

南岔站選用的主索為D6×19Φ23.0mm鋼絲繩。單位重q＝1.903㎏／m，截面積Fk＝2.01cm2，破斷拉力Tj＝28150 kg，彈性模量Ek＝0.7×106。

主索各項(xiàng)要求計(jì)算過(guò)程：

2.2.3.1 主索的荷載計(jì)算

1）風(fēng)荷載的計(jì)算：

所以：Pv＝P＋G＋Q＝250kg

3）水平集中荷載（無(wú)拉偏）的計(jì)算

計(jì)算公式為：

2.2.3.2 主索拉力計(jì)算1）空索拉力的計(jì)算：

2）風(fēng)力與集中力同時(shí)作用下的主索加載拉力計(jì)算

式中：

經(jīng)試算當(dāng)H取4744.07㎏時(shí)等式成立。

3）加載垂度的計(jì)算：

2）垂直荷載的計(jì)算：

計(jì)算公式為：Pv＝P＋G＋Q

計(jì)算4）安全系數(shù)的驗(yàn)算：

因?yàn)镠K≤Tj， 所以

既K＝5.93＞3.0

5）安全高的計(jì)算：

架頂高程-加載垂度-儀器高-設(shè)計(jì)水位＝安全高

南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道主索計(jì)算結(jié)果

加載拉力4744.07 kg，主索安全系數(shù)為5.93＞3.0，所選D6×19Φ23.0鋼絲繩符合要求［6］。

2.2.4 循環(huán)索設(shè)計(jì)計(jì)算

循環(huán)索設(shè)計(jì)依據(jù)：在計(jì)算南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道循環(huán)索可行性計(jì)算中，循環(huán)索選用 D6× 19Φ5.1mm鋼絲繩、單位重q＝0.098 kg／m，破斷拉力Tj＝1 290 kg。循環(huán)索布設(shè)型式采用開(kāi)口有平衡錘裝置。配用滑輪為D＝160 mm，內(nèi)裝206滾動(dòng)軸承，軸徑de＝30 mm，磨擦系數(shù)μ＝0.03。

循環(huán)索計(jì)算過(guò)程主要分為4個(gè)部分：

2.2.4.1 裝配拉力的計(jì)算

2.2.4.2 行車(chē)阻力的計(jì)算

本站最大行車(chē)阻力發(fā)生在行車(chē)帶動(dòng)鉛魚(yú)移動(dòng)至纜道房平臺(tái)時(shí)，此時(shí)a值定為10.0 m。

計(jì)算公式為：

式中：H的計(jì)算公式為：

分別將 A2，B2，C2代入式中經(jīng)試算 H＝3873.32kg

2.2.4.3 循環(huán)索拉力分析采用開(kāi)口平衡錘裝置，求循環(huán)索最大拉力。正向行車(chē)?yán)?，即TxaTxb的計(jì)算公式為：緊邊拉力Txa＝P＋Tp＋∑Fa＝253.50kg松邊拉力Txb＝P-∑Fb＝182.37kg

驅(qū)動(dòng)絞車(chē)所需動(dòng)力ΔT1a＝Tp＋∑Fa＋∑Fb＝71.13kg

2.2.4.4 循環(huán)索安全系數(shù)驗(yàn)算

KTx＜Txi得K＝5.0887

2.2.4.5 起重索拉力計(jì)算

考慮最不利情況：Tmax＝Pmax＋∑Fc＝363.68kg

此時(shí)安全系數(shù)K＝3.55。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果選用D6×19Φ5.1mm鋼絲繩作為循環(huán)索符合要求。

2.2.5 水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道改進(jìn)后產(chǎn)生的效益

南岔站水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道升級(jí)改造后提高了水文測(cè)驗(yàn)質(zhì)量，將南岔水文站測(cè)洪能力提高到30 a一遇洪水位，解決了設(shè)施設(shè)備陳舊、老化存在的隱患。確?？焖贉y(cè)取洪峰流量，為防汛搶險(xiǎn)及時(shí)提供決策依據(jù)，詳見(jiàn)表1。

表1 南岔站新舊鉛魚(yú)纜道功能對(duì)比表

3 結(jié) 論

水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的建設(shè)，將有效地改變水文測(cè)報(bào)設(shè)施陳舊落后、監(jiān)測(cè)水平低的現(xiàn)狀。加快了水文測(cè)站現(xiàn)代化建設(shè)步伐，提高了水文測(cè)驗(yàn)質(zhì)量，減輕了水文職工工作強(qiáng)度，提高了工作效率，確保了水文職工人身安全。

文章通過(guò)實(shí)例計(jì)算過(guò)程介紹了水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算公式。為今后工作提供了方便途徑。本文僅簡(jiǎn)單的介紹了水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道主索、循環(huán)索的計(jì)算過(guò)程。水文測(cè)流鉛魚(yú)纜道其它部分的計(jì)算過(guò)程還有待提高。

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL443—2009水文纜道測(cè)驗(yàn)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

［2］長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室水文處.水文纜道［M］.北京：水利電力出版社，1978：59-65.

［3］水利水電技術(shù)水文副刊編寫(xiě)委員會(huì).水利水電技術(shù)：水文副刊［M］.北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1965：78-83.

［4］賈志楠.“水文測(cè)流鉛魚(yú)造型的研究”通過(guò)技術(shù)鑒定［J］.水文，1984（06）：41.

［5］羅惠遠(yuǎn)，徐兆平，馮小匽.水文測(cè)流鉛魚(yú)造型的水動(dòng)力學(xué)研究［J］.水文，1985（02）：33-37.

［6］劉默，白國(guó)輝，曹淑琴.鉛魚(yú)造型理論的應(yīng)用［J］.黑龍江水專(zhuān)學(xué)報(bào)，1999，26（02）：20-22.

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1007-7596（2015）07-0044-03

2014-10-31

白寧（1981-），男，黑龍江伊春人，工程師，從事水文測(cè)驗(yàn)和資料分析工作。