攔河閘重建工程門式啟閉機技術(shù)設(shè)計

□張小輝史田明姚雷謝騰飛

（1黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司；2鄭州水工機械有限公司）

攔河閘重建工程門式啟閉機技術(shù)設(shè)計

□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)計有限公司；2鄭州水工機械有限公司）

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

鑒江高嶺攔河閘；門式啟閉機；起升機構(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，屬鑒江第四級攔河工程。工程是以灌溉、供水為主，結(jié)合航運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（以下簡稱門機）共兩臺，安裝在壩面16.50 m高程，主起升機構(gòu)通過液壓自動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；副起升機構(gòu)用于起吊檢修攔河閘工作閘門；清污機用來清除攔污柵前的污物。

2 門機組成及主要技術(shù)參數(shù)

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

門機主起升機構(gòu)額定啟門力2x250 kN，起升高度18m，軌上揚程8 m，啟門速度2.20 m/min，吊點距6.36 m；副起升機構(gòu)額定啟門力2x160 kN，起升高度18 m，軌上揚程8m，啟門速度0.35～3.50 m/min，吊點距6.36 m。大車行走機構(gòu)運行載荷2x160 kN，運行速度2～20 m/min，軌距4.50 m，輪距8.50 m。整機工作級別Q3-中。清污機額定起升力2x50 kN，起升高度18 m，軌上揚程6 m，耙斗容積1.50 m3。

3 門機機構(gòu)設(shè)計方案研究

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

3.1 清污機的布置

該門機為小容量門機，但需布置兩套雙吊點的起升機構(gòu)及一套清污機，如何科學(xué)合理的布置清污機，將直接影響門機方案的優(yōu)劣及經(jīng)濟性，因此在設(shè)計該門機時，共進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、副起升機構(gòu)為雙吊點的特點，將清污機設(shè)置在兩吊點之間，在清污機抓斗大小滿足標書規(guī)定的情況下，盡量減小其外形尺寸。

圖1 門式啟閉機總圖

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，主起升機構(gòu)位于軌距內(nèi)側(cè)，副起升機構(gòu)位于下游側(cè)軌道的外側(cè)，呈懸臂布置型式，清污機設(shè)置于門機左側(cè)梁下（面向下游），也呈懸臂布置型式。

圖2 懸臂梁下掛清污機圖

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

方案二布置型式的優(yōu)點是各個機構(gòu)獨立，互不干涉，運行方便。其缺點是清污機呈懸臂布置，降低門機在順軌道方向的穩(wěn)定性，加大門機車輪受力的不平衡，門機輪壓的加大，導(dǎo)致門機軌道梁的荷載增加，增加了門機混凝土梁的設(shè)計難度及工程量。另外清污機的懸臂布置，使門機的整體結(jié)構(gòu)尺寸大，除擠占壩面空間外，門機工程量也有所增加，經(jīng)濟性差。

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

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

3.2 主、副起升機構(gòu)

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

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

在以往的設(shè)計中，起升機構(gòu)往往是直接布置在門架上平臺上，但根據(jù)以往實際經(jīng)驗，由于金屬結(jié)構(gòu)和土建配合的問題或是制造安裝問題，造成起升機構(gòu)起吊中心線與閘門吊點中心線不能完全重合的問題時有發(fā)生。為解決此問題，本門機設(shè)計中采用了在主、副起升機構(gòu)下面安裝主、副起升機構(gòu)機架（見圖1），類似于兩個雙吊點固定卷揚式啟閉機安裝在門架上平臺上。與傳統(tǒng)起升機構(gòu)直接安裝在門架上部平臺相比，上部平臺的受力變得簡單和明確，減小上部平臺的布置和加工制造難度，門機現(xiàn)場拼裝時起升機構(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)進行調(diào)整，有效的解決起吊中心線與閘門吊點中心線不重合的難題。

4 主要技術(shù)要求及措施

4.1 門機運行要求

由于主、副起升機構(gòu)和清污機所占用空間有交叉，當主起升機構(gòu)或副起升機構(gòu)帶抓梁和閘門運行時，如果清污機位于其下方，將發(fā)生干涉現(xiàn)象。因此該門機要求，任何兩個以上機構(gòu)不得同時運行，且應(yīng)設(shè)置互鎖裝置。

4.2 沿海地區(qū)門機設(shè)計的技術(shù)措施

4.2.1 電動機

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℃。所以起升機構(gòu)和行走機構(gòu)的電動機均需選擇濕熱型，電機絕緣等級要達到F級及以上，防護等級不低于IP65。

4.2.2 防風裝置

由于工程所屬區(qū)域為沿海地區(qū)，長年多年平均最大風速18m/s，所以門機除了要配置常規(guī)的夾軌器和測風儀外還必須裝設(shè)防風錨定裝置，當門機停機不用時，應(yīng)使錨定裝置投入工作，把門機固定在壩面上，以防被大風刮走。

4.2.3 抗傾覆穩(wěn)定性

沿海地區(qū)啟閉機必須驗算抗傾覆穩(wěn)定性，門機的抗傾覆穩(wěn)定性驗算應(yīng)按無風靜載、有風動載和暴風侵襲下的非工作狀態(tài)三種工況進行，考慮到各種載荷對穩(wěn)定性的實際影響程度，在進行抗傾覆穩(wěn)定校核時，各荷載力矩應(yīng)分別乘以一個荷載系數(shù)（見表1）。驗算時，若包括門機自重在內(nèi)的各項荷載對傾覆邊的力矩之和大于或等于零（∑M≥0），則認為門機是穩(wěn)定的，經(jīng)過計算，本臺門機抗傾覆穩(wěn)定性各項結(jié)果均滿足要求。

表1 載荷系數(shù)表

4.2.4防風抗滑安全性

沿海地區(qū)的啟閉機要重點驗算正常工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)兩種工況的防風抗滑安全性。正常工作狀態(tài)防風抗滑安全性應(yīng)按公式（1）計算。

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

非工作狀態(tài)防風抗滑安全性應(yīng)按公式（2）計算。

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

經(jīng)過計算，本臺門機行走機構(gòu)制動器制動力和夾軌器夾持制動力均滿足要求。

5 結(jié)語

2x250 kN/2x160 kN門式啟閉機通過總體布置，設(shè)置主、副起升機構(gòu)，配備液壓抓梁等完全滿足了工程運行要求，在此基礎(chǔ)上，又通過優(yōu)化布置，使門機整體結(jié)構(gòu)緊湊，受力相對均衡，并提出了在起升機構(gòu)下方安裝機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)啟閉機設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題，以便同類工程設(shè)計參考。

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。

2017-9-5

編輯：劉長垠