□張小輝史田明姚雷謝騰飛

（1黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司；2鄭州水工機(jī)械有限公司）

攔河閘重建工程門式啟閉機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)

□張小輝1史田明2姚雷1謝騰飛1

（1黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司；2鄭州水工機(jī)械有限公司）

文章介紹了鑒江高嶺攔河閘重建工程2x250kN/2x160kN門式啟閉機(jī)組成和主要技術(shù)參數(shù)，總結(jié)了在小容量門式啟閉機(jī)有限空間里，多種功能和規(guī)格起升機(jī)構(gòu)布置的設(shè)計(jì)思路和方法。針對(duì)門式啟閉機(jī)中常出現(xiàn)的起吊中心線與閘門吊點(diǎn)中心線不重合的問題，提出了解決方案；并針對(duì)門式啟閉機(jī)運(yùn)行工況要求及所處沿海地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，介紹了采取的相應(yīng)設(shè)計(jì)方案和措施，為同類門式啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。

鑒江高嶺攔河閘；門式啟閉機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；沿海地區(qū)

1 工程簡介

高嶺攔河閘位于廣東省化州市楊梅鎮(zhèn)高嶺村東面、鑒江河下游、化州水文站以下8 km處，屬鑒江第四級(jí)攔河工程。工程是以灌溉、供水為主，結(jié)合航運(yùn)的大型攔河水閘工程，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。主要建筑物為攔河水閘、兩岸連接土壩、左右岸水輪泵站、船閘。其中2x250 kN/2x160 kN門式啟閉機(jī)（以下簡稱門機(jī)）共兩臺(tái)，安裝在壩面16.50 m高程，主起升機(jī)構(gòu)通過液壓自動(dòng)抓梁啟閉攔河閘事故檢修及排漂閘門、船閘上閘首檢修閘門、左右岸水輪泵站攔污柵；副起升機(jī)構(gòu)用于起吊檢修攔河閘工作閘門；清污機(jī)用來清除攔污柵前的污物。

2 門機(jī)組成及主要技術(shù)參數(shù)

門機(jī)主要由主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、清污機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、門架、夾軌器、防風(fēng)錨定裝置、大車電纜卷筒、軌道及軌道附件、電力拖動(dòng)和控制設(shè)備等組成，如圖1所示。

門機(jī)主起升機(jī)構(gòu)額定啟門力2x250 kN，起升高度18m，軌上揚(yáng)程8 m，啟門速度2.20 m/min，吊點(diǎn)距6.36 m；副起升機(jī)構(gòu)額定啟門力2x160 kN，起升高度18 m，軌上揚(yáng)程8m，啟門速度0.35～3.50 m/min，吊點(diǎn)距6.36 m。大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行載荷2x160 kN，運(yùn)行速度2～20 m/min，軌距4.50 m，輪距8.50 m。整機(jī)工作級(jí)別Q3-中。清污機(jī)額定起升力2x50 kN，起升高度18 m，軌上揚(yáng)程6 m，耙斗容積1.50 m3。

3 門機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究

本臺(tái)門機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)復(fù)雜，功能要求較多，其中主起升機(jī)構(gòu)需起吊三種不同規(guī)格的閘門或攔污柵；副起升機(jī)構(gòu)需起吊一種規(guī)格的閘門；另外還需布置一臺(tái)用于清理柵前污物的清污機(jī)。三套機(jī)構(gòu)均需要布置在門架上平臺(tái)上，如何在滿足使用要求的情況下，既經(jīng)濟(jì)又合理的布置，需要工程技術(shù)人員進(jìn)行深入詳細(xì)的研究。

3.1 清污機(jī)的布置

該門機(jī)為小容量門機(jī)，但需布置兩套雙吊點(diǎn)的起升機(jī)構(gòu)及一套清污機(jī)，如何科學(xué)合理的布置清污機(jī)，將直接影響門機(jī)方案的優(yōu)劣及經(jīng)濟(jì)性，因此在設(shè)計(jì)該門機(jī)時(shí)，共進(jìn)行了兩種方案的比較和分析。

方案一如圖1所示，充分利用主、副起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)的特點(diǎn)，將清污機(jī)設(shè)置在兩吊點(diǎn)之間，在清污機(jī)抓斗大小滿足標(biāo)書規(guī)定的情況下，盡量減小其外形尺寸。

圖1 門式啟閉機(jī)總圖

方案二如圖2所示，根據(jù)土建結(jié)構(gòu)及閘門起吊中心線的要求，主起升機(jī)構(gòu)位于軌距內(nèi)側(cè)，副起升機(jī)構(gòu)位于下游側(cè)軌道的外側(cè)，呈懸臂布置型式，清污機(jī)設(shè)置于門機(jī)左側(cè)梁下（面向下游），也呈懸臂布置型式。

圖2 懸臂梁下掛清污機(jī)圖

方案一布置型式的優(yōu)點(diǎn)是，門機(jī)整體結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，車輪受力合理。其缺點(diǎn)是三套機(jī)構(gòu)所占用的空間有交叉，主、副起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，清污機(jī)有可能干涉。

方案二布置型式的優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)機(jī)構(gòu)獨(dú)立，互不干涉，運(yùn)行方便。其缺點(diǎn)是清污機(jī)呈懸臂布置，降低門機(jī)在順軌道方向的穩(wěn)定性，加大門機(jī)車輪受力的不平衡，門機(jī)輪壓的加大，導(dǎo)致門機(jī)軌道梁的荷載增加，增加了門機(jī)混凝土梁的設(shè)計(jì)難度及工程量。另外清污機(jī)的懸臂布置，使門機(jī)的整體結(jié)構(gòu)尺寸大，除擠占?jí)蚊婵臻g外，門機(jī)工程量也有所增加，經(jīng)濟(jì)性差。

通過比較、分析和研究，方案一較方案二，門機(jī)占用空間小，工程量少，門機(jī)的整體穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性好，其缺點(diǎn)可通過調(diào)整門機(jī)的運(yùn)行方式予以解決，主起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，將清污機(jī)運(yùn)行至副起升機(jī)構(gòu)的下方，副起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，將清污機(jī)運(yùn)行至主起升機(jī)構(gòu)的下方。

方案一得到業(yè)主及工程設(shè)計(jì)單位的肯定，確定最終實(shí)施方案。如圖1所示。

3.2 主、副起升機(jī)構(gòu)

根據(jù)土建結(jié)構(gòu)及閘門起吊中心線的要求，門機(jī)主起升機(jī)構(gòu)布置在兩軌道之間，吊點(diǎn)中心距離上游軌道中心線2.62 m，副起升機(jī)構(gòu)布置門機(jī)下游側(cè)軌道的下游側(cè)，吊點(diǎn)中心距下游軌道中心線1.60 m。

主、副起升機(jī)構(gòu)均為雙吊點(diǎn)，其吊點(diǎn)距的大小直接影響到門機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大小，為滿足清污機(jī)的布置要求，確定主、副起升機(jī)構(gòu)吊點(diǎn)距均為6.36 m較為合適，此尺寸既可以在主、副起升機(jī)構(gòu)之間布置清污機(jī)，又滿足門機(jī)整體結(jié)構(gòu)布置的要求。

在以往的設(shè)計(jì)中，起升機(jī)構(gòu)往往是直接布置在門架上平臺(tái)上，但根據(jù)以往實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，由于金屬結(jié)構(gòu)和土建配合的問題或是制造安裝問題，造成起升機(jī)構(gòu)起吊中心線與閘門吊點(diǎn)中心線不能完全重合的問題時(shí)有發(fā)生。為解決此問題，本門機(jī)設(shè)計(jì)中采用了在主、副起升機(jī)構(gòu)下面安裝主、副起升機(jī)構(gòu)機(jī)架（見圖1），類似于兩個(gè)雙吊點(diǎn)固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)安裝在門架上平臺(tái)上。與傳統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)直接安裝在門架上部平臺(tái)相比，上部平臺(tái)的受力變得簡單和明確，減小上部平臺(tái)的布置和加工制造難度，門機(jī)現(xiàn)場拼裝時(shí)起升機(jī)構(gòu)起吊中心線可以根據(jù)門槽施工現(xiàn)狀在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，有效的解決起吊中心線與閘門吊點(diǎn)中心線不重合的難題。

4 主要技術(shù)要求及措施

4.1 門機(jī)運(yùn)行要求

由于主、副起升機(jī)構(gòu)和清污機(jī)所占用空間有交叉，當(dāng)主起升機(jī)構(gòu)或副起升機(jī)構(gòu)帶抓梁和閘門運(yùn)行時(shí)，如果清污機(jī)位于其下方，將發(fā)生干涉現(xiàn)象。因此該門機(jī)要求，任何兩個(gè)以上機(jī)構(gòu)不得同時(shí)運(yùn)行，且應(yīng)設(shè)置互鎖裝置。

4.2 沿海地區(qū)門機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)措施

4.2.1 電動(dòng)機(jī)

由于本工程所屬區(qū)域降水量較大，多年平均降雨量1438mm，最大年降雨量2333mm，多年平均相對(duì)濕度為80%；且區(qū)域內(nèi)氣溫較高，多年平均氣溫22.90℃。所以起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)均需選擇濕熱型，電機(jī)絕緣等級(jí)要達(dá)到F級(jí)及以上，防護(hù)等級(jí)不低于IP65。

4.2.2 防風(fēng)裝置

由于工程所屬區(qū)域?yàn)檠睾５貐^(qū)，長年多年平均最大風(fēng)速18m/s，所以門機(jī)除了要配置常規(guī)的夾軌器和測風(fēng)儀外還必須裝設(shè)防風(fēng)錨定裝置，當(dāng)門機(jī)停機(jī)不用時(shí)，應(yīng)使錨定裝置投入工作，把門機(jī)固定在壩面上，以防被大風(fēng)刮走。

4.2.3 抗傾覆穩(wěn)定性

沿海地區(qū)啟閉機(jī)必須驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定性，門機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)按無風(fēng)靜載、有風(fēng)動(dòng)載和暴風(fēng)侵襲下的非工作狀態(tài)三種工況進(jìn)行，考慮到各種載荷對(duì)穩(wěn)定性的實(shí)際影響程度，在進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定校核時(shí)，各荷載力矩應(yīng)分別乘以一個(gè)荷載系數(shù)（見表1）。驗(yàn)算時(shí)，若包括門機(jī)自重在內(nèi)的各項(xiàng)荷載對(duì)傾覆邊的力矩之和大于或等于零（∑M≥0），則認(rèn)為門機(jī)是穩(wěn)定的，經(jīng)過計(jì)算，本臺(tái)門機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性各項(xiàng)結(jié)果均滿足要求。

表1 載荷系數(shù)表

4.2.4防風(fēng)抗滑安全性

沿海地區(qū)的啟閉機(jī)要重點(diǎn)驗(yàn)算正常工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)兩種工況的防風(fēng)抗滑安全性。正常工作狀態(tài)防風(fēng)抗滑安全性應(yīng)按公式（1）計(jì)算。

式中：Pz1—行走機(jī)構(gòu)制動(dòng)器在車輪踏面上產(chǎn)生的制動(dòng)力，N；Pw1—工作狀態(tài)下沿行走方向的最大風(fēng)力，N；Pa—啟閉機(jī)自重與起升荷載沿坡度方向引起的滑行力，N；Pd—啟閉機(jī)行走停車減速慣性力，N。

非工作狀態(tài)防風(fēng)抗滑安全性應(yīng)按公式（2）計(jì)算。

式中：Pz2—行走機(jī)構(gòu)夾軌器產(chǎn)生的沿軌道方向的夾持制動(dòng)力，N；Pw2—啟閉機(jī)非工作狀態(tài)下沿行走方向的最大風(fēng)力，N。

經(jīng)過計(jì)算，本臺(tái)門機(jī)行走機(jī)構(gòu)制動(dòng)器制動(dòng)力和夾軌器夾持制動(dòng)力均滿足要求。

5 結(jié)語

2x250 kN/2x160 kN門式啟閉機(jī)通過總體布置，設(shè)置主、副起升機(jī)構(gòu)，配備液壓抓梁等完全滿足了工程運(yùn)行要求，在此基礎(chǔ)上，又通過優(yōu)化布置，使門機(jī)整體結(jié)構(gòu)緊湊，受力相對(duì)均衡，并提出了在起升機(jī)構(gòu)下方安裝機(jī)架的方法來解決工程中較為常見的起吊中心線與閘門吊點(diǎn)中心線不完全重合問題。此外，根據(jù)沿海地區(qū)的特殊地理情況，總結(jié)了沿海地區(qū)啟閉機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題，以便同類工程設(shè)計(jì)參考。

TV34

B

1673-8853（2017）11-0067-03

張小輝（1987.5-），男，工程師，主要從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2017-9-5

編輯：劉長垠