常州澡港河水利樞紐船閘閘門(mén)鋼絲繩調(diào)節(jié)淺析

陳 飛，陳 鋒，狄祖興

（常州市長(zhǎng)江堤防工程管理處，江蘇 常州 213127）

0 引言

閘門(mén)啟閉機(jī)形式有卷?yè)P(yáng)機(jī)式、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)式，卷?yè)P(yáng)機(jī)式啟閉機(jī)用于自重比較輕的閘門(mén)，若大型閘門(mén)自重比較重，需用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)來(lái)啟閉。大型升臥式閘門(mén)啟閉需用鋼絲繩對(duì)閘門(mén)進(jìn)行升降，鋼絲繩受閘門(mén)的啟閉運(yùn)行以及溫度的影響會(huì)有一定距離的伸長(zhǎng)，鋼絲繩伸長(zhǎng)較長(zhǎng)將給閘門(mén)運(yùn)行及啟閉機(jī)系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患[1-2]。

1 工程概況

澡港水利樞紐，位于太湖流域湖西，沿江主要河道澡港河，距長(zhǎng)江口200 m，工程主要包括1座單孔凈寬16 m設(shè)計(jì)流量100 m3/s節(jié)制閘，1座閘口寬12 m、閘室寬16 m、長(zhǎng)190 m套閘和1座2×20 m3/s雙向泵站組成。船閘、節(jié)制閘閘門(mén)采用鋼絲繩液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，泵站閘門(mén)采用液壓桿啟閉機(jī)。

2 閘門(mén)啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)原理

澡港水利樞紐船閘計(jì)通航能力為500 t級(jí)，設(shè)計(jì)最高水位6.84 m，最低通航水位1.77 m，閘門(mén)為平板鋼閘門(mén)，輸水方式為門(mén)底輸水，閘門(mén)自重為45 t，由于閘門(mén)自重比較重且閘門(mén)啟閉形式為升臥式，故不能使用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)或者是立式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，因此采用雙吊點(diǎn)臥式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，澡港船閘采用的是QPPY-I-2×1250-7.4型液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，其示意圖見(jiàn)圖1。

QPPY-I-2×1250-7.4型液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，啟門(mén)力為125 t，最大行程為7.4 m，閘門(mén)雙吊點(diǎn)分別使用2根鋼絲繩（A、B）連接，繞過(guò)一組定滑輪再繞過(guò)油缸動(dòng)滑輪與機(jī)架固定，通過(guò)組合滑輪，油缸的行程與作用力可以減半，油缸做橫向運(yùn)動(dòng)，閘門(mén)做升臥運(yùn)動(dòng)（如圖1）。

3 運(yùn)行中存在的問(wèn)題及調(diào)節(jié)措施

澡港樞紐船閘使用的鋼絲繩為6×37+FC-47鍍鋅麻芯鋼絲繩，由于閘門(mén)自重比較重，閘門(mén)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的啟閉運(yùn)行，閘門(mén)鋼絲繩有一定的伸縮性導(dǎo)致啟閉閘門(mén)的2根鋼絲繩不一樣長(zhǎng)，從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，伸長(zhǎng)距離也不一樣長(zhǎng)，通常長(zhǎng)鋼絲繩B伸長(zhǎng)距離比短鋼絲繩A伸長(zhǎng)距離長(zhǎng)，這樣就導(dǎo)致了閘門(mén)兩吊點(diǎn)不平行，吊點(diǎn)有水平上下差，使閘門(mén)在啟閉過(guò)程中出現(xiàn)傾斜，使得閘門(mén)啟門(mén)力加大，加大啟門(mén)負(fù)荷及鋼絲繩的載荷，出現(xiàn)閘門(mén)滾輪卡死、啟閉機(jī)活塞桿跑偏、油封拉壞等現(xiàn)象，導(dǎo)致安全隱患，嚴(yán)重影響啟閉機(jī)的使用壽命。

出現(xiàn)以上現(xiàn)象，可通過(guò)鋼絲繩調(diào)節(jié)器C，調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度（如圖2），當(dāng)2根鋼絲繩伸長(zhǎng)，產(chǎn)生吊點(diǎn)水平差H時(shí)，一般情況下調(diào)節(jié)長(zhǎng)鋼絲繩調(diào)節(jié)器，也就是在油缸下方與鋼絲繩B連接的調(diào)節(jié)器。判斷閘門(mén)鋼絲繩是否需要調(diào)節(jié)的方法為：一是通過(guò)閘門(mén)閉門(mén)到底時(shí)看閘門(mén)兩邊哪邊先到底，如果閘門(mén)兩邊到底時(shí)有先后順序就說(shuō)明閘門(mén)運(yùn)行不平整有傾斜，閘門(mén)吊點(diǎn)有水平差（閘門(mén)先到底的那邊吊點(diǎn)的鋼絲繩需要收緊，一般為長(zhǎng)鋼絲繩B）；二是當(dāng)閘門(mén)關(guān)到底時(shí)觀測(cè)啟閉機(jī)油缸上下方的鋼絲繩，看其松緊程度，如果很松就說(shuō)明要調(diào)節(jié)；三是在閘門(mén)啟門(mén)過(guò)程中聽(tīng)聲音，如果啟門(mén)聲音很大，閘門(mén)有卡澀現(xiàn)象，說(shuō)明閘門(mén)側(cè)偏，鋼絲繩也需要調(diào)節(jié)。

圖1 閘門(mén)啟閉機(jī)示意圖

圖2 閘門(mén)鋼絲繩調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)時(shí)，首先將調(diào)節(jié)螺帽2向兩邊旋，使其與調(diào)節(jié)螺桿2有D1=D2的距離，吊點(diǎn)水平差H=D1+D2，然后再向下旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿，這樣兩邊的螺桿1就同時(shí)向中間旋進(jìn)，起到收緊作用，反之就是松開(kāi)鋼絲繩。實(shí)際情況中，閘門(mén)吊點(diǎn)水平差H是很難測(cè)出的，只能根據(jù)閘門(mén)的運(yùn)行情況，一般每次調(diào)節(jié)距離D1=D2=10 mm，然后讓閘門(mén)啟閉幾次，在啟閉過(guò)程中閘門(mén)會(huì)自動(dòng)適應(yīng)調(diào)整，這樣小距離多次調(diào)節(jié)，直到閘門(mén)運(yùn)行異常消失。

澡港樞紐船閘閘門(mén)鋼絲繩調(diào)節(jié)器連接螺桿3長(zhǎng)為L(zhǎng)1+L2=L3+L4=500 mm，在安裝過(guò)程中為了安全，連接螺桿3必需旋進(jìn)調(diào)節(jié)螺桿1內(nèi)的長(zhǎng)度不能小于L2=L3=250 mm，由于鋼絲繩的拉力，連接螺桿3必需與調(diào)節(jié)螺桿1可靠連接。因此，通常情況下是禁止以旋松鋼絲繩來(lái)達(dá)到吊點(diǎn)水平，如果旋松鋼絲繩，當(dāng)L2=L3且小于250 mm時(shí)會(huì)帶來(lái)安全隱患。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，調(diào)節(jié)距離D1必需與D2相等，保持連接螺桿兩邊的余量相等，因此在調(diào)節(jié)過(guò)程中必須固定好兩邊的連接螺桿3，確保不在調(diào)節(jié)過(guò)程中跟隨調(diào)節(jié)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，如果跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致L1與L4不相等，經(jīng)過(guò)多次調(diào)節(jié)最后L1和L4有一邊全部旋進(jìn)調(diào)節(jié)桿內(nèi)，另一邊沒(méi)有旋進(jìn)，就會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩調(diào)節(jié)余量變少，必需把兩邊連接螺桿全部退出重新進(jìn)行調(diào)節(jié)。

鋼絲繩伸長(zhǎng)是一種結(jié)構(gòu)缺陷，對(duì)鋼絲繩及閘門(mén)啟閉設(shè)備危害很大，一般的處理措施是預(yù)張拉，這是新鋼絲繩安裝前消除伸長(zhǎng)最有效方法，可以改善鋼絲繩的性能，提高鋼絲繩的壽命。一般鋼絲繩在重載荷、多彎曲或偏轉(zhuǎn)的工作環(huán)境下伸長(zhǎng)率在1%左右，纖維芯鋼絲繩伸長(zhǎng)率能達(dá)到2%，澡港船閘使用的就是纖維芯鋼絲繩，鋼絲繩單根總長(zhǎng)度為60 m，經(jīng)過(guò)多道滾輪彎曲，按照伸長(zhǎng)率2%計(jì)算，伸長(zhǎng)能達(dá)到1.2 m，而調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)最大調(diào)節(jié)范圍為0～1 m，已經(jīng)超范圍，沒(méi)有余量調(diào)節(jié)了。

當(dāng)鋼絲繩調(diào)節(jié)器沒(méi)有余量調(diào)節(jié)時(shí)需注意，閘門(mén)安裝擱門(mén)器后可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法脫離擱門(mén)器的現(xiàn)象，這是因?yàn)樵谠韪蹣屑~的閘門(mén)啟閉機(jī)設(shè)計(jì)中油缸的行程短，沒(méi)有很大的余量，擱門(mén)器高度為14.5 m，閘門(mén)脫離擱門(mén)器需將閘門(mén)再提升0.2 m，兩者加起來(lái)最大開(kāi)度需14.7 m，需要油缸行程為7.35 m，由于澡港液壓?jiǎn)㈤]機(jī)行程為7.4 m，經(jīng)過(guò)滑輪組合，閘門(mén)最大開(kāi)度為14.8 m，如果在鋼絲繩調(diào)節(jié)器沒(méi)有余量的情況下，鋼絲繩再伸長(zhǎng)0.1 m，油缸行程需增加0.05 m，達(dá)到7.4 m。因此，在鋼絲繩調(diào)節(jié)器沒(méi)有余量調(diào)節(jié)的情況下，鋼絲繩伸長(zhǎng)距離不能大于0.1 m，否則閘門(mén)就會(huì)出現(xiàn)安裝了擱門(mén)器后就無(wú)法脫離的現(xiàn)象，唯一的辦法就是截短鋼絲繩重做。

4 鋼絲繩伸長(zhǎng)原因分析

4.1 閘門(mén)下降過(guò)程中突然暫停

由閘門(mén)受力示意圖（如圖3）可知，澡港樞紐上閘首閘門(mén)的重量為45 t，即m=45×103kg，閘門(mén)下降速度v=0.3 m/s，假設(shè)閘門(mén)從開(kāi)始暫停到閘門(mén)停止時(shí)間△t=0.1 s，根據(jù)動(dòng)量定理（如圖3），（mg-F）△t=△p=0-mv，鋼絲繩所受到的沖擊力F=（g=10 n/kg）。由于閘門(mén)是雙吊點(diǎn)，因此單根鋼絲繩所受沖擊力為292.5 kN、29.25 t，根據(jù)GB/T8918-1996查得6×37+FC-47鋼絲繩的最小破斷拉力為1270 kN，起重機(jī)類(lèi)鋼絲繩安全系數(shù)取5，6×37+FC-47單根鋼絲繩起重安全噸位為1270 kN÷5=254 kN、25.4 t，而閘門(mén)突然暫停對(duì)鋼絲繩的瞬時(shí)拉力能達(dá)到29.25 t，由以上分析可得出閘門(mén)下降過(guò)程中突然暫停，鋼絲繩的瞬時(shí)受力已經(jīng)大于它的最大安全受力，因此閘門(mén)下降過(guò)程中突然暫停對(duì)鋼絲繩的損害很大，這也是導(dǎo)致鋼絲繩結(jié)構(gòu)性伸長(zhǎng)的一個(gè)主要原因。由出鋼絲繩所受沖擊力大小與閘門(mén)的運(yùn)行速度和停止時(shí)間有關(guān)，運(yùn)行速度越快，停止時(shí)間越短，則鋼絲繩所受沖擊力就越大，同時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)管道、閥組的沖擊力也很大。實(shí)際操作中，可以通過(guò)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的節(jié)流閥減小液壓油回油流量來(lái)降低關(guān)門(mén)速度，緩解閘門(mén)對(duì)鋼絲繩的沖擊力，而不能通過(guò)加長(zhǎng)暫停時(shí)間△t來(lái)改善，因?yàn)楫?dāng)液壓系統(tǒng)按下暫停按鈕時(shí)，閥組已經(jīng)瞬時(shí)關(guān)閉，而此處△t=0.1 s是當(dāng)按下暫停按鈕時(shí)，閥組瞬時(shí)關(guān)閉時(shí)間與油缸內(nèi)液壓油被壓縮緩沖時(shí)間之和（0.1 s是預(yù)估，甚至更短，但不可能是0），這個(gè)時(shí)間是固定的不能改變。理想狀態(tài)是當(dāng)按下暫停鍵時(shí)能讓閘門(mén)緩慢停下，但這種情況在工程實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中是不可能的。

圖3 閘門(mén)受力示意圖

4.2 閘門(mén)啟閉機(jī)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題

如圖1可知，長(zhǎng)鋼絲繩B由下部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)經(jīng)一組油缸動(dòng)滑輪進(jìn)行180°彎曲運(yùn)動(dòng)后，再經(jīng)一組定滑輪進(jìn)行180°彎曲運(yùn)動(dòng)，然后再經(jīng)一組定滑輪進(jìn)行90°彎曲運(yùn)動(dòng)，最后到閘門(mén)吊點(diǎn)；短鋼絲繩A由上部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)經(jīng)油缸動(dòng)滑輪進(jìn)行180°彎曲運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)一組定滑輪進(jìn)行90°彎曲，再到閘門(mén)吊點(diǎn)。由此可見(jiàn)鋼絲繩經(jīng)過(guò)了多道彎曲，這也是導(dǎo)致鋼絲繩伸長(zhǎng)的原因之一，也會(huì)加劇鋼絲繩的磨損和斷絲現(xiàn)象[3-4]。

5 改進(jìn)措施

（1）鋼絲繩連接螺桿比較短，導(dǎo)致調(diào)節(jié)最大距離小于鋼絲繩伸長(zhǎng)距離，這時(shí)可以加長(zhǎng)圖2中的連接螺桿3和4的長(zhǎng)度。

（2）在鋼絲繩安裝前進(jìn)行預(yù)張拉。

（3）減少關(guān)閘時(shí)的暫停次數(shù)，原則上可以做到關(guān)閘時(shí)不需要暫停。

（4）鋼絲繩要經(jīng)常保養(yǎng)，涂抹潤(rùn)滑油，特別是針對(duì)滑輪組滾動(dòng)部位，要經(jīng)常檢查有無(wú)斷絲現(xiàn)象。

（5）對(duì)閘門(mén)鋼絲繩調(diào)節(jié)器要經(jīng)常巡視檢查，檢查調(diào)節(jié)器各個(gè)部位有無(wú)螺栓、螺桿松動(dòng)現(xiàn)象，定期對(duì)調(diào)節(jié)器涂抹潤(rùn)滑油脂等。