三峽升船機(jī)平衡重框架干油集中潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龔國慶

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

1 三峽升船機(jī)平衡重系統(tǒng)

三峽升船機(jī)為全平衡式升船機(jī)，船廂及其設(shè)備的自重加上充水的重力由平衡重系統(tǒng)平衡。船廂由256根φ74 mm的鋼絲繩懸吊，鋼絲繩分成16組對(duì)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，與平衡重系統(tǒng)連接。

三峽升船機(jī)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。每個(gè)平衡重組的15個(gè)平衡重塊由鋼結(jié)構(gòu)框架框成一體，鋼結(jié)構(gòu)框架作為斷繩安全保護(hù)結(jié)構(gòu)嵌在平衡重塊兩側(cè)的凹槽內(nèi)，在發(fā)生斷繩事故時(shí)可將破斷鋼絲繩所懸吊的平衡重塊的重力分?jǐn)偟狡渌摻z繩。框架上設(shè)有導(dǎo)向裝置，框架一側(cè)僅布置橫向?qū)蜉?，另一?cè)則布置了橫向?qū)л喓涂v向?qū)л?，?dǎo)向軌道鋪設(shè)在塔柱墻壁上，平衡重組沿軌道升降運(yùn)行，在船廂正常升降過程中為平衡重組導(dǎo)向，在地震工況下則作為地震荷載的傳力構(gòu)件。如果平衡重框架導(dǎo)輪潤滑效果不良，平衡重組隨船廂升降運(yùn)行時(shí)摩擦阻力增大，則會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩受力不均，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐拇瑤胶?，影響運(yùn)行安全。因此，正確的設(shè)計(jì)和應(yīng)用平衡重框架干油集中潤滑系統(tǒng)，是保證平衡重框架潤滑效果及三峽升船機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 平衡重框架干油集中潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 潤滑方式的選擇

平衡重框架裝設(shè)在船廂室兩側(cè)的16個(gè)平衡重井內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。船廂運(yùn)行時(shí)平衡重框架沿導(dǎo)軌隨之反向升降運(yùn)行，最大運(yùn)行高度達(dá)113 m[1]，受運(yùn)行特點(diǎn)和空間限制，無法布置固定式的潤滑泵，而采用手動(dòng)黃油槍進(jìn)行單點(diǎn)潤滑又存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，且作業(yè)時(shí)間較長，影響三峽升船機(jī)通航效率。根據(jù)平衡重框架的潤滑點(diǎn)摩擦類型、運(yùn)行參數(shù)，綜合考慮每組平衡重框架潤滑點(diǎn)數(shù)目少、給油輸送半徑短、潤滑周期長，本文選擇一種便攜式單線遞進(jìn)干油集中潤滑方式[2]，平衡重框架潤滑部位及參數(shù)見表1。通過遞進(jìn)式分配器和供油管將潤滑點(diǎn)集中，在主管道上設(shè)置快速接頭，潤滑作業(yè)時(shí)將船廂停在特定高程，手動(dòng)連接便攜式電動(dòng)泵對(duì)潤滑點(diǎn)進(jìn)行注油。

表1 平衡重框架潤滑部位及參數(shù)

圖1 平衡重框架結(jié)構(gòu)

2.2 潤滑劑的選擇

速度因數(shù)dn[3]作為選擇軸承潤滑劑的重要參數(shù)，計(jì)算公式為：

dn=nd

(1)

式中：d為軸承內(nèi)外徑的平均值；n為軸承轉(zhuǎn)速。

平衡重框架正向、反向、橫向、單向?qū)л嗇S承的速度因數(shù)分別為3 000、3 040、3 200、3 200 mm·rmin。一般情況下當(dāng)軸承速度因數(shù)dn< 1.5×105mm·rmin時(shí)，采用潤滑脂。

潤滑脂種類繁多，軸承潤滑脂的好壞直接關(guān)系設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，為更好地發(fā)揮軸承的最佳狀況，三峽升船機(jī)平衡重框架導(dǎo)輪軸承潤滑脂的選擇須從以下方面進(jìn)行考慮：

1)集中供脂時(shí)，應(yīng)選擇00～1號(hào)潤滑脂；對(duì)于定期使用脂槍、脂杯等加注脂的部位，應(yīng)選擇1～3號(hào)潤滑脂；對(duì)于長期使用而不換脂的部位，應(yīng)選用2或3號(hào)潤滑脂。

2)三峽升船機(jī)處于長江中下游地區(qū)，氣候潮濕，夏季相對(duì)濕度可達(dá)80%，設(shè)備極易生銹，因此應(yīng)選用具有抗水性的鈣基、鋁基或鋰基潤滑脂，不宜使用鈉基脂，同時(shí)要求潤滑脂必須具有良好的防腐蝕性能。

3)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)速度低、荷載大且運(yùn)轉(zhuǎn)頻繁，具有較大的沖擊荷載，應(yīng)選擇黏度高的潤滑脂。

4)由于軸承的溫度隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)而緩慢上升，軸承潤滑脂應(yīng)具有較寬的溫度適應(yīng)范圍，滴點(diǎn)可以確定潤滑脂使用時(shí)允許的最高溫度，一般來講，潤滑脂應(yīng)在低于滴點(diǎn)30～50 ℃的溫度下工作。

5)潤滑脂從生產(chǎn)廠煉制成脂再經(jīng)運(yùn)輸中轉(zhuǎn)至三峽升船機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，一直到加入設(shè)備使用，必須經(jīng)過相當(dāng)長的周期，在這段時(shí)間中，潤滑脂不能與空氣中的氧氣接觸而發(fā)生化學(xué)變化，且平衡重框架導(dǎo)輪潤滑周期長，要求潤滑脂必須具有良好的抗氧化和膠體安定性能。

本系統(tǒng)使用SKF LGHB2重載、高溫、高黏度軸承潤滑脂。

2.3 潤滑點(diǎn)耗脂量的計(jì)算

潤滑點(diǎn)的耗脂量根據(jù)軸承形式、規(guī)格以及轉(zhuǎn)速及工作環(huán)境不同進(jìn)行選擇，每個(gè)潤滑點(diǎn)每班(8 h)耗脂量Q按下式計(jì)算[4]:

Q=0.025πDN(K1+K2)

(2)

式中：D為軸孔直徑；N為與軸承有關(guān)的系數(shù)，單列軸承取值2.5，雙列軸承取值5；K1、K2分別為與轉(zhuǎn)速、環(huán)境有關(guān)的因子，取值見表2。

表2 K1、K2取值

每套平衡重框架正向?qū)л啙櫥c(diǎn)為2個(gè)，D=18 cm、N=5，轉(zhuǎn)速為20 rmin、室外作業(yè)，故K1均取0.5、K2均取0.4，其每班耗脂量為12.717 mL；每套平衡重框架反向?qū)л啙櫥c(diǎn)為4個(gè)，D=12 cm、N=5，其每班耗脂量為16.956 mL；每套平衡重框架橫導(dǎo)向?qū)л啙櫥c(diǎn)為4個(gè)，D=16 cm、N=5，其每班耗脂量為22.608 mL；每套平衡重框架單向?qū)л啙櫥c(diǎn)為4個(gè)，D=16 cm、N=5，其每班耗脂量為22.608 mL。所有潤滑點(diǎn)每班耗脂量總和Q1=74.889 mL。

2.4 分配器選擇

分配器的作用是將潤滑脂按照設(shè)計(jì)的油量、周期可靠地送至各潤滑點(diǎn)。每套平衡重框架包含14個(gè)潤滑點(diǎn)，根據(jù)潤滑點(diǎn)分布情況，本系統(tǒng)將平衡重框架潤滑點(diǎn)分為上、下兩組潤滑點(diǎn)群，每組潤滑點(diǎn)群由1個(gè)遞進(jìn)式分配器向7個(gè)潤滑點(diǎn)供油，2個(gè)二級(jí)分配器由1個(gè)一級(jí)遞進(jìn)式分配器供油。平衡重框架潤滑原理見圖2。

在單線遞進(jìn)潤滑系統(tǒng)中同一組分配器中各口給油量之比為給油比η，如果極限給油比ηmax≤8，則該點(diǎn)每循環(huán)需油量為：

q=0.16ηmax

(3)

如果極限給油比ηmax> 8，則該點(diǎn)每循環(huán)需油量為：

q=0.08ηmax

(4)

該系統(tǒng)的遞進(jìn)式分配器上極限給油比ηmax=1.5(< 8)，所需分配器的排量為q=0.24 mL循環(huán)。

圖2 平衡重框架潤滑原理

2.5 潤滑管路布置

由于潤滑管路的內(nèi)徑太小會(huì)使系統(tǒng)末端油脂量過少，而內(nèi)徑太大會(huì)導(dǎo)致油脂在管內(nèi)的停留時(shí)間過長，易造成老化。根據(jù)GBT 3683—2011《橡膠軟管及軟管組合件》及GBT 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》要求的冷拔(冷軋)無縫鋼管，平衡重框架潤滑系統(tǒng)主管路選擇φ14 mm×2 mm(外徑×壁厚)規(guī)格的高壓軟管，分支管路和潤滑管路選擇φ11 mm×2.5 mm規(guī)格的無縫鋼管，材料為10或20號(hào)鋼。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選定潤滑脂泵在系統(tǒng)中的最佳位置，要求潤滑脂泵接近系統(tǒng)中心，使泵至系統(tǒng)末端的距離越近越好，確定潤滑管路的布置。在主進(jìn)油管路上設(shè)置快速接頭，便于潤滑作業(yè)時(shí)與潤滑脂泵快速連接，平衡重框架潤滑系統(tǒng)管路布置見圖3，平衡重框架潤滑系統(tǒng)管路參數(shù)見表3。

圖3 平衡重框架潤滑系統(tǒng)管路布置

表3 平衡重框架潤滑系統(tǒng)管路參數(shù)

2.6 潤滑泵選擇

2.6.1確定潤滑脂泵流量

潤滑脂泵的流量Qj為[5]：

Qj=(Q1+Q2+Q3+Q4)T

(5)

式中：Q1為全部分配器給脂量的總和，若單向出脂時(shí)為Q1，若雙向出脂時(shí)為Q12；Q2為全部分配器損失脂量的總和；Q3為液壓換向閥或壓力操縱閥的損失脂量；Q4為系統(tǒng)管路內(nèi)油脂的壓縮量，一般硬管取管內(nèi)容量的1.5%，軟管取管內(nèi)容量的10%；T為潤滑脂泵的工作時(shí)間，電動(dòng)泵取5 min。

2.6.2確定系統(tǒng)工作壓力

系統(tǒng)的工作壓力主要用于克服主油管、給油管的壓力損失以及確保給油器和壓力控制元件所需的壓力。系統(tǒng)所需的最大工作壓力Pj：

Pj=P1+P2

(6)

式中：P2為分配器所需給油壓力，潤滑點(diǎn)背壓、輸油管壓力損失、分配器活塞動(dòng)作壓力、安全給油壓力分別取0.5、0.7、1.2、2.0 MPa；P1為管路壓力損失，計(jì)算公式為[6]：

(7)

式中：ΔPλ為管路沿程壓力損失；ΔPζ為管路局部壓力損失；l為管道長度；d為管道內(nèi)徑；μ為潤滑脂的動(dòng)力黏度，SKF LGHB2潤滑脂取382.5 Pa·s；ρ為潤滑脂密度，SKF LGHB2潤滑脂取0.9 tm3；v為管內(nèi)平均流速，v=21.436 9Q′d2(其中Q′為管內(nèi)流量)；ζ為局部阻力系數(shù)，取值見表4。

表4 局部阻力系數(shù)ζ取值

注：R為轉(zhuǎn)彎半徑；W1、W2為管子進(jìn)口、出口斷面積。

根據(jù)平衡重框架潤滑系統(tǒng)的管路布置，其管路局部壓降點(diǎn)見表5(ζ均取0.2)。

表5 管路局部壓降點(diǎn)

綜上計(jì)算出系統(tǒng)工作壓力Pj=14.2 MPa。

因此，在選取潤滑泵時(shí)應(yīng)滿足泵的額定流量大于29.4 mLmin，額定壓力大于14.2 MPa，并應(yīng)留有一定的安全裕量。

3 結(jié)論

1)本文設(shè)計(jì)的便攜式單線遞進(jìn)干油集中潤滑系統(tǒng)，配管簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、費(fèi)用低,供油主管路只需要一條，對(duì)于可動(dòng)部分潤滑點(diǎn)供油操作簡(jiǎn)便。

2)通過應(yīng)用本文設(shè)計(jì)的便攜式單線遞進(jìn)干油集中潤滑系統(tǒng)，提高了三峽升船機(jī)平衡重框架的潤滑效率及效果，確保潤滑作業(yè)時(shí)安全性、方便性，保證設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)又降低施工勞動(dòng)強(qiáng)度和油脂損耗，減少潤滑過程對(duì)設(shè)備及環(huán)境的污染。