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        前坪水庫固定卷揚式啟閉機載重部件設(shè)計

        2018-12-29 02:06:10陳薛萍張興鋒
        山東水利 2018年11期
        關(guān)鍵詞:弧門總圖吊點

        陳薛萍,張興鋒,陳 勇

        (山東水總機電工程有限公司,山東 濟南 250100)

        河南省前坪水庫主體工程QH-2×1 000 kN弧門固定卷揚式啟閉機臺數(shù)為5臺,啟閉機安裝在429.5 m高程啟閉室內(nèi),用于啟閉溢洪道弧形工作閘門(15 m×15 m×14.6 m)。

        卷揚式弧門啟閉機主要用于操作露頂式弧形閘門,圖1所示是溢洪道工作閘門總圖布置圖,吊點設(shè)置在面板前面的弧門啟閉機的布置,為了適應(yīng)弧門轉(zhuǎn)動的需要,啟閉機上翼板不能采用滑輪裝置,只能用單根或多根鋼絲繩自卷筒引出并直接連接到吊耳軸上的方式。這一做法使該類弧門啟閉機的起重容量受到較大的限制。

        1 啟閉機構(gòu)造及工作原理

        前坪水庫2×1 000 kN弧門固定卷揚式啟閉機由起升機構(gòu)、吊具、滑輪組、機架、安全裝置及電氣部分組成。

        起升機構(gòu)額定起升容量為2×1 000 kN,雙吊點布置,吊點中心距9 m,啟閉場程22 m。驅(qū)動方式為集中驅(qū)動。一臺電動機通過制動輪聯(lián)軸器與減速機高速軸相連,減速機低速軸為兩端輸出,輸出軸上分別安裝小齒輪。小齒輪分別與裝在卷筒上的大齒輪嚙合,驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)。鋼絲繩分別通過滑輪固定在卷筒上。布置總圖如圖1示。

        2 載重部件的設(shè)計與計算

        2.1 鋼絲繩

        卷筒上纏繞的鋼絲繩所受的最大拉力S為:

        圖1 啟閉機總圖

        式中:Q為起升荷載,Q=1 000 kN;Q0為吊具重量,Q0=5 000 N;m 為雙聯(lián)卷筒,m=4;η1為滑輪組效率,η1=0.96。

        鋼絲繩是根據(jù)破斷力F0進(jìn)行選擇:F0≥nS(必要條件)。

        啟閉機鋼絲繩采用鍍鋅鋼絲繩,且優(yōu)先采用線接觸鋼絲繩。多層纏繞的鋼絲繩采用金屬芯鋼絲繩。

        經(jīng)計算,鋼絲繩選用:40ZAB18×K19SWSC1960(從設(shè)計手冊中查出:F0=1 448.28 kN)。

        F0≥nS,該鋼絲繩滿足設(shè)計要求。

        F0為鋼絲繩的破斷拉力,N;n為鋼絲繩的安全系數(shù),見表1;S為鋼絲繩最大工作靜拉力。

        表1 鋼絲繩最小安全系數(shù)

        鋼絲繩出廠、運輸、存放時應(yīng)卷成盤形,表面涂油,兩端扎緊并帶有標(biāo)簽,注明訂貨號及規(guī)格。鋼絲繩端部固定連接的安全要求符合GB6067的規(guī)定。

        2.2 卷筒

        水工建筑物的QH-2×1 000 kN弧門固定卷揚式啟閉機,由于啟閉機起重容量很大,為減小卷筒的外形尺寸,采用雙層纏繞的卷筒。

        2.2.1 卷筒尺寸

        卷筒直徑D=hd=1 000 mm

        繩槽半徑 R=(0.53~0.56)d=21~22 mm(R 取21mm)

        繩槽深度 H=(0.25~0.4)d=10~16 mm(H 取15 mm)

        繩槽節(jié)距 t=d+(2~4)=42~44 mm(t取 44 mm)卷筒厚度δ≈d(δ取45 mm)

        式中:d為鋼絲繩直徑,mm;h為與機構(gòu)工作級別有關(guān)的系數(shù)。

        2.2.2 卷筒強度計算

        材料為ZG270-500,σs=270 MPa,抗拉強度σb=500 MPa。

        式中:L為卷筒長度,取2 160 mm;D0為卷筒繩槽底徑,取970 mm。

        需要校核卷筒表面最大壓應(yīng)力,不需要校核合成應(yīng)力。

        卷筒壁的壓應(yīng)力:σp=ASmax/δt=162.85 N/mm2。

        式中:A為與鋼絲繩纏繞層數(shù)有關(guān)的多層纏繞系數(shù),按表2選取。

        Smax為鋼絲繩最大拉力,N;δ為卷筒壁厚(對灰鐵 δmin≥12 mm,對鑄鋼 δmin≥15 mm);本卷筒采用鑄鋼件,壁厚不小于45 mm;t為卷筒上的螺紋繩槽節(jié)距,取44 mm。

        表2 鋼絲繩多層纏繞系數(shù)

        [σp]為許用壓應(yīng)力,N/mm2(鋼:[σp]=σs/1.5;鑄鐵:[σp]=σ抗壓/4.25);其中:σ抗壓=3~4 倍的抗拉強度。[σp]=σs/1.5=180 N/mm2,σp< [σp] 滿足要求。

        2.3 卷筒軸計算

        卷筒軸兩端采用實心軸,中間采用φ=219×25鋼管。扭矩作用下的切應(yīng)力:

        式中:Mmax為扭矩,Mmax=Pa=1.69×108N·mm

        (取a=335 mm,則L=2 750 mm;P=505 000 N)

        W為抗扭界面系數(shù),實心軸。

        (α為圓管內(nèi)外圓直徑之比,α=169/219)

        材料的許用應(yīng)力[σ]=150 N/mm2;σ<[σ],所以φ=219×25鋼管可行。

        3 結(jié)語

        在業(yè)主單位的組織下,該啟閉機的設(shè)計方案,通過了設(shè)計單位、監(jiān)理單位等的設(shè)計審核,經(jīng)過現(xiàn)場試運行,表明該啟閉機的設(shè)計方案是合理、可靠的。

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