升船機(jī)平衡重鋼絲繩測量與調(diào)整裝置設(shè)計(jì)

陳 林，楊 靖，鄒 濤，陳 新

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

三峽升船機(jī)是目前世界上提升重量最大的全平衡垂直升船機(jī)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條爬升式[1]。過船規(guī)模為3 000 t級，其主體設(shè)備主要由承船廂及船廂設(shè)備、主提升系統(tǒng)設(shè)備及平衡重系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。而鋼絲繩是三大系統(tǒng)聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)[2-3]，因此對平衡重鋼絲繩張力平衡的測量與調(diào)整研究意義重大。平衡重系統(tǒng)由平衡重組、滑輪組、鋼絲繩、平衡鏈和鋼絲繩調(diào)節(jié)裝置等設(shè)備組成。船廂由256根φ74 mm的鋼絲繩懸吊，長度為150 m左右，鋼絲繩分成16組對稱布置在船廂兩側(cè)，鋼絲繩的一端通過調(diào)節(jié)裝置與船廂主縱梁外腹板上方的吊耳連接，另一端繞過塔柱頂部機(jī)房內(nèi)的平衡滑輪后，與平衡重塊連接。針對三峽升船機(jī)平衡重鋼絲繩直徑大、重量大、長度長、繩股多等特點(diǎn)，提出了三峽升船機(jī)鋼絲繩調(diào)節(jié)、測量方法工藝和設(shè)計(jì)出了鋼絲繩調(diào)整的專用裝置。

1 多股鋼絲繩張力不平衡原因分析

1.1 鋼絲繩懸掛長度的偏差

兩條以上繩同時使用且長度相同,正是這一特點(diǎn),結(jié)構(gòu)伸長帶來的危害更顯嚴(yán)重。首先由于結(jié)構(gòu)伸長的產(chǎn)生,在摩擦提升場合甚至使運(yùn)行不可能進(jìn)行。而在伸長產(chǎn)生后仍可運(yùn)行的機(jī)械上,由于每條繩伸長量不等,所帶來的危害更大,如升船機(jī)、鋼包起重等。對于伸長量已進(jìn)行一定程度的調(diào)整,且并未完全消除,但已不至于影響正常運(yùn)行,則各類繩中殘余的不等的結(jié)構(gòu)伸長則會降低鋼絲繩的使用壽命,其中伸長較短的繩負(fù)荷大,使用壽命降低,從而導(dǎo)致整組鋼絲繩使用水平的降低。鋼絲繩的結(jié)構(gòu)伸長是其固有的一種特性。

在生產(chǎn)鋼絲繩的過程中,為了保證鋼絲繩的捻制質(zhì)量,盡管采用了許多措施,但殘余的捻制應(yīng)力以及鋼絲和股受力分布的不均勻性依然存在,鋼繩的絲和股處在極不穩(wěn)定的狀態(tài)。使用受載時,均有相對滑移,其滑移量的大小將直接影響結(jié)構(gòu)伸長的大小和疲勞壽命?；屏吭酱蠼Y(jié)構(gòu)伸長也越大,疲勞壽命就越低,捻制越不均勻和捻制越松散,其滑移量亦越大。原因是使用時,鋼絲繩在強(qiáng)大的工作載荷作用下,鋼絲和股存在很大的擠壓應(yīng)力,其捻制過程中張力較大的鋼絲和股將先受力伸長而產(chǎn)生摩擦磨損,嚴(yán)重時會發(fā)生斷絲或斷股,正常情況下,該段時間較短,一般為一個多月。之后,隨著鋼絲繩捻制應(yīng)力的消除,絲和股均達(dá)到了相對理想平衡狀態(tài)。

1.2 鋼絲繩力學(xué)性能偏差

由于鋼絲繩材質(zhì)和加工精度不可能絕對相同,所以各鋼絲繩的彈性模數(shù)和斷面積也不可能完全一樣,因而各鋼絲繩在載荷作用下,它們的彈性伸長不同,張力也不相同。雖然使用的每根鋼絲繩,是在2根捻向不同的同根鋼絲繩上截取的。經(jīng)過長時間使用,也就是到了鋼絲繩的使用末期,鋼絲繩的彈性伸長部分的轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?更需要小心調(diào)整使用。

1.3 鋼絲繩的基本參數(shù)

鋼絲繩直徑φ74 mm，長約150 m；鋼絲標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度1 960 N/mm2，鋼絲繩最小破斷拉力≥4 800 kN，彈性模量是0.9×1011N/m2，根據(jù)下式可以求得每根鋼絲繩的剛度系數(shù)：

k=EA/L=2.72×106N/m

式中:E為彈性模量；A為鋼絲繩橫截面積；L為鋼絲繩的長度。

2 鋼絲繩調(diào)整量的計(jì)算

忽略n根鋼絲繩之間彈性模數(shù)、繩徑及摩擦襯墊機(jī)械性能的差異，則調(diào)整量計(jì)算方法如下：

懸掛長度調(diào)整量ΔLi的計(jì)算：設(shè)第i根提升鋼絲繩橫截面積為A，根據(jù)胡克定律可得第i根鋼絲繩懸掛長度的縮短量(ΔLi<0)為:

ΔLi=K1ΔSip(0)

式中:K1為懸掛長度調(diào)整量比例系數(shù)；L為提升鋼絲繩公稱先掛長度；ΔSip(0)為船廂裝載位置(x=0時)第i根鋼絲繩張力與所有鋼絲繩平均張力之差。

3 鋼絲繩松緊長度測量

(1) 測量同一組平衡重鋼桁架的水平度

測量方法：測量時使水平儀工作面緊貼在平衡重鋼桁架表面，待氣泡完全靜止后方可進(jìn)行讀數(shù)。水平儀的分度值是以1 m為基長的傾斜值 ，如需測量長度為L的實(shí)際傾斜則可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

實(shí)際傾斜值=分度值×L×偏差格數(shù)

為避免由于水平儀零位不準(zhǔn)引起的測量誤差，因此在使用前必須對水平儀的零位進(jìn)行校對或調(diào)整。

(2) 每組平衡重吊軸中心高差

激光水平儀以一根吊軸中心為基準(zhǔn)，(記為標(biāo)記點(diǎn)A),激光掃描到附近的一根吊軸上(記為標(biāo)記點(diǎn)A1)，標(biāo)記這根吊軸中心為A2，吊軸中心ΔA=A1-A2。

(3) 測量數(shù)據(jù)處理：①每組中同類型平衡重吊軸中心高差不大于10 mm；②鋼吊籃平衡梁(平衡梁2)水平高差不大于5 mm；③鋼框架上橫梁緩沖與平衡重接觸點(diǎn)每側(cè)不少于4個；④測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析后與測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對比，從而來確定哪根(組)鋼絲繩需要調(diào)整。

4 鋼絲繩調(diào)節(jié)方法

(1) 在平衡重組騰空，承船廂4個驅(qū)動點(diǎn)調(diào)平的狀態(tài)下，進(jìn)行平衡重組相關(guān)技術(shù)參數(shù)測量，測量內(nèi)容參見3。

(2) 選取同組平衡重塊測量高度中間值，以覆蓋大部分平衡重塊的高度差在技術(shù)要求內(nèi)，對剩余超差較大的平衡重塊進(jìn)行鋼絲繩調(diào)整。

(3) 高于基準(zhǔn)的平衡重塊，需利用鋼絲繩拉伸調(diào)節(jié)裝置，將船廂側(cè)鋼絲繩進(jìn)行拉緊，然后旋松花籃螺栓，旋松長度與平衡重塊下落高度一致。

(4) 低于基準(zhǔn)的平衡重塊，需利用鋼絲繩拉伸調(diào)節(jié)裝置，將船廂側(cè)鋼絲繩進(jìn)行拉緊，然后旋緊花籃螺栓，旋緊長度與平衡重塊上升高度一致。

(5) 最后，根據(jù)技術(shù)要求測量相關(guān)參數(shù)。

5 調(diào)整裝置選擇

5.1 三峽升船機(jī)單根鋼絲繩拉伸調(diào)節(jié)裝置

(1) 調(diào)整裝置組成：外支撐梁組，連接板，內(nèi)支撐梁組，千斤頂，連接螺栓，穿銷軸,鋼絲繩,承船廂,連接螺栓(如圖1)。

(2) 調(diào)節(jié)工藝過程： ①根據(jù)鋼絲繩載重設(shè)計(jì)制作好輔助裝置并選取合適的千斤頂；②將兩片內(nèi)、外支撐梁安裝在鋼絲繩上并固定形成內(nèi)、外支撐梁組；并通過兩連接板將外支撐梁組與承船廂連接在一起，通過穿銷軸固定；③100 t千斤頂布置在外支撐梁組和內(nèi)支撐梁組中間，根據(jù)鋼絲繩需要調(diào)節(jié)的長度，通過調(diào)節(jié)千斤頂行程實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的張拉與調(diào)節(jié)。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

5.2 三峽升船機(jī)平衡重雙液壓缸張拉裝置

(1) 使用時，1#液壓油缸(100 t)和2#液壓油缸(100 t)通過上銷軸螺栓將橫梁組鉸接形成II型閉合受力結(jié)構(gòu)，在吊裝至平衡重鋼絲繩調(diào)節(jié)鎖定器上部與鋼絲繩壓頭形成的固定端上并臨時鎖固定。

(2) 用橫梁組將平衡重鋼絲繩卡在兩件平行設(shè)置的橫梁之間，并與上銷軸螺栓鉸接。

(3) 將泵站的管路與液壓油缸組連接，操作泵站使液壓油缸組的活塞接口至適當(dāng)位置，并通過下銷軸螺栓將其與承船廂工藝孔鉸接。

(4) 操作泵站使1#液壓油缸和2#液壓油缸聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)2根鋼絲繩同步預(yù)張拉。

(5) 泵站也可以根據(jù)實(shí)際需要，操作1#或2#液壓油缸對單根平衡重鋼絲繩進(jìn)行張拉來精確調(diào)整平衡重高程，待三峽升船機(jī)平衡重鋼絲繩調(diào)節(jié)鎖定器下端與承船廂對應(yīng)孔位鉸接后結(jié)束施工部位預(yù)張力(用于平衡重塊高程精確調(diào)整時，平衡重高程調(diào)整滿足技術(shù)要求，鋼絲繩上調(diào)節(jié)鎖定器跟進(jìn)鎖固結(jié)束調(diào)整張拉)(如圖2、圖3)。

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 A向視圖

6 結(jié) 語

(1) 根據(jù)三峽升船機(jī)平衡重鋼絲繩的使用特點(diǎn)，對提升鋼絲繩張力不平衡原因進(jìn)行了分析。

(2) 提出了三峽升船機(jī)平衡重鋼絲繩張力平衡的測量方法。

(3) 提出了鋼絲繩調(diào)整工藝方法。

(4) 設(shè)計(jì)了單根鋼絲繩拉伸調(diào)節(jié)裝置和雙根鋼絲繩液壓缸調(diào)節(jié)裝置。