陳吉亮
(山東臨沂水利工程總公司,山東 臨沂 276000)
隨著水資源的不斷優(yōu)化和合理利用,近些年全國(guó)各地市修建了大批量的攔河閘,而攔河閘大多采用多孔聯(lián)排平面閘或弧形閘門,工程特點(diǎn)為跨度較大,孔數(shù)較多,汛期行洪和汛后蓄水操作頻繁。文章以郯城縣重興攔河閘除險(xiǎn)加固工程為實(shí)際案例,詳述集中驅(qū)動(dòng)閉式啟閉機(jī)在攔河閘壩工程中的應(yīng)用,具有很好的推廣價(jià)值。
郯城縣重興攔河閘除險(xiǎn)加固工程位于郯城縣紅花鎮(zhèn)重興社區(qū)東側(cè),老沭河樁號(hào)48+620(人民勝利堰閘樁號(hào)0+000處),工程等別為III等,設(shè)計(jì)使用年限為50年。水閘閘門為18孔,閘孔寬度為10 m,高度為7 m,河床總寬248.5 m。
水閘處于老沭河河道過彎處,在汛期行洪時(shí)過水流量較大且急湍,為保證工程運(yùn)行安全可靠,閘門啟閉機(jī)的型式選擇至關(guān)重要,根據(jù)設(shè)計(jì)概況和施工現(xiàn)有工況,經(jīng)計(jì)算,一種集中驅(qū)動(dòng)閉式啟閉機(jī)能夠有效控制閘門啟門速度,驅(qū)動(dòng)裝置分布在兩吊點(diǎn)中間,獨(dú)立機(jī)架連接,在運(yùn)行時(shí)能有效傳導(dǎo)動(dòng)力,閘門運(yùn)行同步性更強(qiáng),電氣控制更加簡(jiǎn)潔穩(wěn)定,有效地解決了汛期行洪的安全有效性。
整個(gè)啟閉機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、保護(hù)裝置、機(jī)架及電氣控制裝置組成,其主要技術(shù)特性見表1。起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒裝置、鋼絲繩、動(dòng)滑輪、平衡滑輪、聯(lián)軸器等。
1)鋼絲繩計(jì)算
額定起門力:Q=250 kN
鋼絲繩最大拉力:Smax=63.78 kN
查GB/T20118-2006《一般用途鋼絲繩》表17選用6X19(a)類鋼絲繩。抗拉強(qiáng)度1 770 MPa,鋼芯直徑為24 mm鋼絲繩。
表1 主要技術(shù)特性表
選用:24ZAA 6X19S-IWR1770鋼絲繩,其鋼絲繩破斷拉力為342 kN。
根據(jù)鋼絲繩的破斷拉力:F0≥Smax·n
n=F0/Smax=5.36>5,該鋼絲繩滿足要求。
2)卷筒計(jì)算
(1)卷筒尺寸
卷筒型式:雙聯(lián)、螺旋槽;卷筒材質(zhì):Q235B;卷筒直徑按:D=hd=480 mm;繩槽半徑:R=(0.53~0.6)d=12.72~14.4 mm,取R=13 mm;繩槽深度:H=(0.25~0.4)d=6~9.6 mm,取H=9 mm;繩槽節(jié)距:t=d+(2~4)mm=26~28 mm,取t=28 mm;卷筒壁厚:δ=d=24 mm,壁厚取26 mm;選取卷筒長(zhǎng)度為1 050 mm。
(2)卷筒強(qiáng)度校核
卷筒材料選為Q235,最小抗拉強(qiáng)度370 MPa,抗壓強(qiáng)度235 MPa。
L/D=2.188<3
因此,不需要校核彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力和合成應(yīng)力,滿足要求。
3)機(jī)構(gòu)扭矩計(jì)算
(1):鋼絲繩的最大工作靜拉力
F0=T/2=63.78 kN
式中:T為每個(gè)吊點(diǎn)的拉力,kN。
(2):卷筒軸上的扭矩
M1=C×2F0×D0/2=30.61 kN·m
式中:D0=0.48 m,為卷筒名義直徑;C為卷筒上鋼絲繩的根數(shù)。
(3):減速機(jī)輸出軸扭矩:
M2=M1/η=62.47 kN·m
式中:η=0.98,為滾動(dòng)軸承效率。
(4):減速機(jī)輸入軸扭矩:(采用單驅(qū)動(dòng))
M3=M2/i1η1′=0.207 kN·m
式中:i1=315,為減速機(jī)傳動(dòng)比;η1′=0.96,為減速機(jī)傳動(dòng)效率。
4)電動(dòng)機(jī)選擇
按照減速機(jī)輸入扭矩計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率。
P=M3·n/9550=15 kW
選用YZ200L-8型電動(dòng)機(jī)能滿足要求,電動(dòng)機(jī)特性如下:
P=15 kW
n=697 r/min
啟閉速度:v=D0πn/ai′=1.67 m/min。
5)減速器
條件:電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速697 r/min,起升速度1.67 m/min,卷筒直徑0.48。
經(jīng)計(jì)算,所需減速器傳動(dòng)比為315,低速軸輸出扭矩62.47 kN·m。
故選CHC400-315型硬齒面減速器,傳動(dòng)比315,低速軸輸出扭矩62.47 kN·m。
6)聯(lián)軸器(制動(dòng)輪)
作用在減速機(jī)高速軸上的扭矩為0.207 kN·m。選用LMZ8-I-250型,轉(zhuǎn)矩710 N·m,許用轉(zhuǎn)速為2 400 r/min,安全系數(shù)1.8,滿足要求。
7)制動(dòng)器
作用在減速機(jī)高速軸上的扭矩為207 N·m,制動(dòng)器選用YWZ5-315/50最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩630 N·m,安全系數(shù)1.75,滿足要求。
本工程啟閉機(jī)形式為三機(jī)架,各零部件的安裝精度直接影響整機(jī)運(yùn)行,預(yù)埋件的安裝精度影響后續(xù)安裝,特別是驅(qū)動(dòng)裝置在中間,必須保證三機(jī)架傳動(dòng)軸誤差最小,安裝前預(yù)埋插筋,采用拉絲放線法對(duì)所有預(yù)埋板中心位置定位,再進(jìn)行二次校核。由于跨度較大,安裝時(shí)必須設(shè)置基準(zhǔn)控制點(diǎn),所有預(yù)埋板定位完成在進(jìn)行高程測(cè)量,安裝設(shè)備前再次用拉鋼絲法校核各安裝定位孔的直線度和高程。安裝就位后用斜鐵控制基座高程,待整臺(tái)設(shè)備安裝到位調(diào)整完畢后將多余斜鐵撤離,進(jìn)行基座加固處理,完成后進(jìn)行空載試運(yùn)行及各構(gòu)件的檢測(cè)。
本工程采用的集中驅(qū)動(dòng)閉式啟閉機(jī)為雙吊點(diǎn)三機(jī)架啟閉機(jī),裝配精度直接影響工程運(yùn)行,在裝配前需組建裝配平臺(tái),首先調(diào)整厚鋼板平臺(tái)處于水平,根據(jù)啟閉機(jī)建模尺寸進(jìn)行放樣,放樣尺寸模擬工程設(shè)計(jì)尺寸,減速機(jī)、制動(dòng)輪及其他軸與孔的配合公差嚴(yán)格按照加工細(xì)部圖紙進(jìn)行裝配,待各零部件裝配完成后進(jìn)行整機(jī)預(yù)組裝,零部件固定螺栓預(yù)緊度預(yù)留10%,全部緊固完畢后進(jìn)行手動(dòng)聯(lián)機(jī)調(diào)試,檢查各部件運(yùn)行情況,用千分尺測(cè)量各轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的跳動(dòng)公差,測(cè)量噪音,待全部滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求后最后擰緊各部位螺栓,最后連接電氣控制進(jìn)行空載試運(yùn)行,再?gòu)?fù)核上述參數(shù)。
施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→安裝地腳預(yù)埋板→拉鋼絲→預(yù)埋板劃線→驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)架安裝→墊鐵調(diào)整高程→左右機(jī)架安裝→墊鐵調(diào)整高程→安裝聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸→校準(zhǔn)吊點(diǎn)距離及軸線安裝位置→調(diào)整→校準(zhǔn)安裝高程→調(diào)整→再次校準(zhǔn)軸線及高程→調(diào)整→擰緊螺栓→空載試運(yùn)行→數(shù)據(jù)測(cè)試→負(fù)荷調(diào)試→整機(jī)調(diào)試并校準(zhǔn)。
預(yù)埋件要保持基礎(chǔ)Q點(diǎn)平面水平達(dá)到180°,啟閉機(jī)底座與基礎(chǔ)布置預(yù)埋板件平面的接觸面積要達(dá)到90%以上。兩傳動(dòng)軸軸線要平行閘門頂梁平面軸線,傳動(dòng)軸及聯(lián)軸器每位置吊墜線要與閘板雙吊點(diǎn)中心連線垂直,避免運(yùn)行存在閘門傾斜狀況,造成閘門受力不均勻,附加外力甚至能導(dǎo)致啟閉機(jī)各部件損壞。
安裝啟閉機(jī)根據(jù)閘門起吊中心線,找正中心使縱橫向中心線偏差不超過±3 mm,高程偏差不超過±5 mm。然后澆注二期混凝土或與預(yù)埋鋼板連接。
在空載試運(yùn)行的情況下,保證三相電流不平衡不超過±10%,并測(cè)出電流值。上下限位的調(diào)節(jié):當(dāng)閘門處于全閉的狀態(tài)時(shí),將上限壓緊上行程開關(guān)并固定在鋼絲繩上。當(dāng)閘門處于全開時(shí),將下限位盤壓緊下行程開關(guān)并固定在鋼絲繩上。試運(yùn)行時(shí)應(yīng)保證閘門開度及升降到上、下限位時(shí)的誤差不超過1 cm。安裝后,應(yīng)對(duì)安裝完畢的設(shè)備進(jìn)行空載試運(yùn)行和負(fù)荷試運(yùn)行,一般采取空載兩個(gè)行程,檢查各運(yùn)轉(zhuǎn)部件有無異常聲響,檢查安裝精度是否符合精度要求。載荷試運(yùn)行時(shí),應(yīng)控制在額定載荷范圍內(nèi),觀察集中驅(qū)動(dòng)啟閉機(jī)與被驅(qū)動(dòng)閘門的運(yùn)行情況,檢查有無異常現(xiàn)象。