周 振 興， 曾 良 紅

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概況

厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站互聯(lián)井(垂直高度66 m)、調(diào)壓井(垂直高度 38 m)、電纜井(垂直高度 366 m)和高壓豎井(垂直高度 337 m)。豎井的垂直高度較高，且豎井施工過(guò)程比較復(fù)雜包括前期開(kāi)挖、中期襯砌、后期設(shè)備安裝。在整個(gè)施工過(guò)程中需配置一種承擔(dān)施工人員、施工機(jī)具和工程材料垂直運(yùn)輸、混凝土輸送用BOX管安裝、拆除的起重機(jī)，其必須確保施工交叉作業(yè)中施工人員的安全，具有極高的安全性和可靠性。

2 提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

(1)額定起重量：10/3T其中：10T吊鉤(BOX 管安裝、拆除、檢修)，3T吊籠(主要承擔(dān)人員上下、鋼筋、小型施工機(jī)具的輸送)。

(2)各機(jī)構(gòu)速度：10T 起升速度：2-20 m/min；10T 小車運(yùn)行速度：1-10 m/min；3T 載人機(jī)構(gòu)起升速度：載人：3-30 m/min；載物：2-20 m/min；3T 載人機(jī)構(gòu)小車運(yùn)行速度：5 m/min。

(3)橋機(jī)跨度：7.85 m

(4)整機(jī)工作級(jí)別：A6(其中 10T 起升機(jī)構(gòu)為 M6,運(yùn)行機(jī)構(gòu)為 M3；3T 載人起升機(jī)構(gòu)為 M6,運(yùn)行機(jī)構(gòu)為 M3；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為 M3)

(5)起升高度10T:軌面以上 3.9 m，軌面以下 350 m。

(6)3T載人機(jī)構(gòu)：軌面以下 290 m。

(7)大車運(yùn)行距離：4.9 m，大車軌道型號(hào)：43kg/m。

(8)大車供電形式：電纜。

(9)電源：440 V，60 Hz。

2.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

豎井提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)為非標(biāo)的橋式起重機(jī)，大車驅(qū)動(dòng)方式為分別驅(qū)動(dòng)。起升機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、半齒聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸、帶制動(dòng)輪半齒聯(lián)軸器、制動(dòng)器、安全制動(dòng)器、減速器、開(kāi)式大、小齒輪、卷筒組、吊具(扁擔(dān)梁)、吊鉤、高度指示裝置、荷重指示裝置等組成。當(dāng)?shù)秒姇r(shí)，電動(dòng)機(jī)作正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)帶制動(dòng)輪聯(lián)軸器、減速器、開(kāi)式大、小齒輪帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)使鋼絲繩纏繞卷繞或釋放，帶動(dòng)吊具、吊鉤或吊籠作上升或下降運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到起吊物品或載人的目的。

圖1 10T 載物和 3T 載人立面圖

2.2.1 小車架

小車架為整體構(gòu)件，由鋼板焊接而成。載重梁截面為工字梁或箱形截面梁。受運(yùn)輸條件限制，運(yùn)輸時(shí)小車架需打截，打截處由螺栓及連接板連接而成。

2.2.2 卷筒組

卷筒組由卷筒軸、卷筒、超載限制器和軸承座等組成。卷筒為鋼板卷制卷筒。10T卷筒組為雙卷筒、雙層纏繞，鋼絲繩在卷筒上自由雙層纏繞，在卷筒兩端設(shè)有擋板，以防止鋼絲繩從卷筒上脫落。3T載人起升機(jī)構(gòu)卷筒采用折線卷筒，同時(shí)在卷筒兩端焊有擋板及過(guò)渡環(huán)，擋板能防止鋼絲繩從卷筒上脫落，過(guò)渡環(huán)能使鋼絲繩很好地完成層間過(guò)渡。

2.2.3 制動(dòng)器

選用YWZ4型液壓推桿制動(dòng)器，其作用是使物品或人按需要停止在任一高度位置上。為保證故障時(shí)或緊急狀態(tài)下，能安全制動(dòng)，在各起升機(jī)構(gòu)的卷筒尾部設(shè)置有液壓盤(pán)式常閉式安全制動(dòng)器。

2.2.4 高度指示裝置

10T和3T主要由高度儀、DXZ 旋轉(zhuǎn)限位+編碼器組成，所帶的增量編碼器都接入 PLC，與電機(jī)所帶編碼器作比較，檢測(cè)電機(jī)超速、斷軸、失速等等信息，驅(qū)動(dòng)安全制動(dòng)器工作，從而有效安全保護(hù)起升電機(jī)的使用。高度儀的顯示儀用于顯示物品或人的起升高度，并吊具的上下極限。DXZ 旋轉(zhuǎn)限位亦用于控制吊具的上下極限，它與高度顯示儀一起實(shí)現(xiàn)對(duì)吊具上下極限的雙重保護(hù)。各起升機(jī)構(gòu)還裝有重錘限位開(kāi)關(guān)，對(duì)起升上極限又多一重安全保護(hù)。

2.2.5 荷重指示裝置

10T雙卷筒荷重指示裝置采用軸承座式傳感器，3T 荷重指示裝置采用旁壓式傳感器。其荷重的顯示儀表裝在司機(jī)室內(nèi)。當(dāng)荷重達(dá)90%額定負(fù)荷時(shí)儀表發(fā)出聲光報(bào)警，當(dāng)荷重達(dá)105%額定負(fù)荷時(shí)自動(dòng)斷電停機(jī)。帶有斷繩保護(hù)，當(dāng)傳感器A與傳感器B的實(shí)時(shí)比值，超過(guò)一個(gè)范圍(5%)，即有一個(gè)傳感器失去負(fù)載或失去信號(hào)，輸出動(dòng)作；同時(shí)超載帶有一個(gè)總顯示屏。

2.2.6 3T載人吊籠

3T載人吊籠主要承擔(dān)人員上下、小型施工機(jī)具的輸送。它由主滑輪系、副滑輪系、吊籠體、防擺輪系、卷簾門(mén)、防脫繩裝置等部分組成。正常工作時(shí)主滑輪系鋼絲繩處于繃緊受力狀態(tài)，副滑輪系處于繃緊不受力狀態(tài)。當(dāng)主滑輪系鋼絲繩斷裂時(shí)，副滑輪系代替主滑輪系受力工作，從而起到斷繩保護(hù)。防擺輪與吊籠體剛性連接，每對(duì)放搖擺輪中間穿有穩(wěn)繩裝置的鋼絲繩，從而實(shí)現(xiàn)升降時(shí)吊籠不產(chǎn)生過(guò)大的浮動(dòng)。

2.2.7 電氣設(shè)備組成

起重機(jī)電氣設(shè)備由電動(dòng)機(jī)動(dòng)力配電設(shè)備和控制設(shè)備及現(xiàn)地傳感器(荷重、開(kāi)度傳感器等)等設(shè)備組成。具體電氣設(shè)備主要有一個(gè)電氣控制柜、三摞電阻器、一套司機(jī)室及聯(lián)動(dòng)臺(tái)、兩個(gè)端子接線箱、儀表等相關(guān)器件。

起重機(jī)的電氣系統(tǒng)主要由電氣控制柜、電動(dòng)機(jī)、電阻器、司機(jī)室、聯(lián)動(dòng)臺(tái)、照明信號(hào)、通信、檢測(cè)保護(hù)元件、儀表指示等部分組成。

3 選型計(jì)算

3.1 小車鋼絲繩計(jì)算

由G吊具 =1.155 t，繩徑φ26理論單位長(zhǎng)度自重：2.91 kg/m繩長(zhǎng)L= 4×385.5 m =1 542起升高度H=385.5 m；

鋼絲繩自重：G=2.91×1 542=4 488 kg.

查表得：φ26 34×7-IWS1870 鋼絲繩，最小破斷拉力為 F=402 kN

鋼絲繩安全系數(shù)：

≈6.4

按照規(guī)范載物時(shí)鋼絲繩的安全系數(shù)不小于[n]=5.6

n繩>[n]鋼絲繩的選擇能滿足使用要求。

3.2 小車起升電機(jī)計(jì)算

當(dāng)G吊=10T(G吊為起重量)時(shí)，提升速度V=2-20 m/min；

此時(shí)電機(jī)功率為P：

=56.78 kW

式中η為機(jī)械效率，η=0.9；

所選電機(jī)功率P0=63 kW>P=56.78 kW電機(jī)的選取能滿足使用要求。

4 各機(jī)構(gòu)間防止誤操作保護(hù)功能

(1)設(shè)定10T起升及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為1號(hào)和2機(jī)構(gòu)，地面3T起升及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為3號(hào)和4，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為5號(hào)；

(2)1、3號(hào)兩個(gè)機(jī)構(gòu)任何一個(gè)機(jī)構(gòu)的吊具在井內(nèi)時(shí)，5號(hào)機(jī)構(gòu)不能開(kāi)動(dòng)；

(3)1～5號(hào)機(jī)構(gòu)觸動(dòng)各自的行程限位時(shí)，相應(yīng)機(jī)構(gòu)不能工作；

(4)1、3號(hào)機(jī)構(gòu)任一機(jī)構(gòu)過(guò)載、欠載時(shí)相應(yīng)機(jī)構(gòu)不能工作；

(5)1號(hào)機(jī)構(gòu)高度高于3號(hào)機(jī)構(gòu)高度時(shí)，2、4、5號(hào)才能動(dòng)作；

(6)所有操作手柄在操作過(guò)程中，必須在操作人員將檔桿調(diào)至相應(yīng)檔位并對(duì)檔桿適壓輕微重力時(shí)，方能在該檔位正常工作；否則，操作過(guò)程中，操作人員手臂離開(kāi)檔桿輕微重力消失后，檔桿自動(dòng)回歸零位，機(jī)構(gòu)停止工作，以確保操作安全。

5 應(yīng)用情況

豎井提升系統(tǒng)已在厄瓜多爾保特—索普拉多拉水電站豎井施工中得到成功的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明該提升系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，符合安全性和可靠性要求，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足深豎井施工使用功能需要。該起重機(jī)于 2015 年 4月 13 日驗(yàn)收投入運(yùn)行，截止目前已施工完畢。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，尊重生命的安全理念和觀念不斷深入人心，體現(xiàn)“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀， 人們對(duì)起重機(jī)的安全性和可靠性越來(lái)越高。 “載人載物深豎井起重機(jī)技術(shù)”可以推廣適用電力、石化、鋼鐵、交通等領(lǐng)域?qū)I(yè)化、自動(dòng)化、安全性高，性能可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便的需求，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展空間，其行業(yè)前景看好。該技術(shù)目前已成功推廣應(yīng)用于白鶴灘水電站引水隧洞豎井的施工建設(shè)中。