平面升臥式鋼閘門啟閉用鋼絲繩的保養(yǎng)更換及連接工藝

馮建榮 王亞乒 潘雯璽

一、概況

水閘是一種既能擋水、又能泄水的水工建筑物，它依靠可以升降的閘門來控制水位、調(diào)節(jié)流量，在防洪、灌溉、排澇、航運(yùn)等水利工程中得到十分廣泛的應(yīng)用。閘門是水閘工程的重要設(shè)備之一，隨著水利事業(yè)發(fā)展需要和工業(yè)生產(chǎn)水平的日益提高，閘門尺寸與重量越來越大。平面升臥式大重量閘門的啟閉是靠鋼絲繩、繩套連接桿與閘門吊座連接來實(shí)現(xiàn)的，如圖1 所示。如果鋼絲繩及繩套連接桿加工質(zhì)量得不到保證，將給水閘的正常運(yùn)行埋下安全隱患。因此，對(duì)鋼絲繩的日常保養(yǎng)與檢查十分重要。同時(shí)，鋼絲繩更換時(shí)，不斷改進(jìn)繩套連接桿與鋼絲繩澆筑的加工工藝以提高其安全性。本文以澡港水利樞紐水閘為例，探討閘門鋼絲繩的選用、繩套的設(shè)計(jì)以及鋼絲繩與繩套澆鋅連接工藝。

二、鋼絲繩的選用與養(yǎng)護(hù)

水閘閘門是采用雙吊點(diǎn)，用兩根鋼絲繩起吊。鋼絲繩的選用根據(jù)閘門的重量來定，一般設(shè)計(jì)要求取破斷拉力大于6 倍載重的鋼絲繩。根據(jù)30t×6=180t，選用Φ60.5-6×37×2.8 鍍鋅鋼絲繩，根據(jù)鋼絲的成分不同，破斷拉力191～252t，滿足使用要求。鍍鋅能使鋼絲提高防腐能力，延長(zhǎng)使用壽命。

1.繩套的設(shè)計(jì)

根據(jù)多次更換鋼絲繩的經(jīng)驗(yàn)，鋼絲繩與繩套通過澆鋅牢固連成一體。為了提高維修質(zhì)量和方便操作，對(duì)繩套的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。如圖1 所示，主要改進(jìn)之處：（1）增大繩套的容腔，容得下全部鋼絲蓬頭，蓬頭是由6×37=222 根、直徑2.8mm 的細(xì)鋼絲彎折而成，鋅熔化后澆入淹沒所有鋼絲，鋅液迅速凝固保證鋼絲在鋅塊里長(zhǎng)期不腐；（2）采用錐型容腔，保證這種連接形式受力均勻一致；（3）繩套錐頭端中心設(shè)計(jì)導(dǎo)向孔（導(dǎo)向孔長(zhǎng)度尺寸不小于鋼絲繩直徑尺寸），使鋼絲繩穿入安裝和使用受力時(shí)保持同心；（4）軸孔配合間隙0.5～1.0mm，既方便拆裝，又可以保證鋅液澆入時(shí)不易漏出。

改進(jìn)后的繩套，其作用除滿足使用功能外，優(yōu)點(diǎn)是：（1）繩套采用42CrMo 鋼材，受重載時(shí)安全可靠度更高；（2）安裝和維修簡(jiǎn)單方便；（3）這種結(jié)構(gòu)保證受力狀態(tài)更符合技術(shù)要求。

2.鋼絲繩的保養(yǎng)

鋼絲繩在使用過程中存在摩擦和磨損，浸于水下部分易于銹蝕，因此需要定期進(jìn)行保養(yǎng)。閘門的鋼絲繩一般每年進(jìn)行兩次保養(yǎng)。鋼絲繩保養(yǎng)時(shí)，先用銅絲刮除鋼絲繩上的油污垢物，然后用柴油對(duì)鋼絲繩進(jìn)行清洗，風(fēng)干后用鋰基潤(rùn)滑脂均勻涂抹到鋼絲繩上；如果柴油未完全揮發(fā)就涂抹，潤(rùn)滑脂與鋼絲繩表面粘接不牢，容易脫落，起不到保護(hù)作用。涂抹油脂的主要作用是降低鋼絲繩的摩擦和防止鋼絲銹蝕，延長(zhǎng)使用壽命。

3.鋼絲繩的更換

鋼絲繩在使用過程中，由于反復(fù)彎曲和摩擦，表面鋼絲會(huì)因彎曲疲勞和磨損而逐漸斷裂，斷絲數(shù)越多，余下的鋼絲繩所受的承載力越大，當(dāng)斷絲數(shù)達(dá)到一定的程度時(shí)就不能保證鋼絲繩的安全使用。水閘承擔(dān)著防汛、抗旱、排澇、通航等功能，這些工作對(duì)安全要求更高，在每年的鋼絲繩保養(yǎng)中都要認(rèn)真細(xì)致地檢查斷絲情況，確定是否達(dá)到了鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)斷絲數(shù)達(dá)到單位股數(shù)20%時(shí)就要進(jìn)行更新。根據(jù)多年的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和管理規(guī)范要求，通常每五年對(duì)閘門的鋼絲繩更換一次。

圖1 鋼絲繩與繩套連接裝置示意圖

鋼絲繩更換時(shí)，首先將閘門放到擱門器上，將閘門鎖定，然后將整根鋼絲繩及繩套拆下，準(zhǔn)確測(cè)量舊鋼絲繩的長(zhǎng)度，用切割機(jī)將鋼絲繩靠近繩套的部位割斷，然后將繩套放到焦碳爐上進(jìn)行加熱，等繩套里的鋅熔化以后，即可將里面廢鋼絲蓬頭取出，舊的繩套可以重復(fù)使用。新鋼絲繩長(zhǎng)度確定，考慮到新繩受載使用后一年內(nèi)有5%～10%的伸長(zhǎng)量，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)絲桿上調(diào)節(jié)螺母的位置進(jìn)行計(jì)算，調(diào)節(jié)絲桿的行程取鋼絲繩長(zhǎng)度L×20%，使調(diào)節(jié)余量足夠（余量是鋼絲繩報(bào)廢前最大伸長(zhǎng)量的兩倍）。

三、鋼絲繩與繩套連接澆鋅工藝過程

1.準(zhǔn)備工作

工具、工料準(zhǔn)備。澆鋅工具、工料：鋅錠、焦炭（各100kg）、焦炭爐、坩堝、細(xì)廢型沙；壓頂工具：兩只8 噸千斤頂、若干16 號(hào)鐵絲、麻繩及木板等。除油工具、工料：一只50L 塑料桶、一桶清水、濃鹽酸（約100kg）；保護(hù)吊頭工具、工料：開口油桶、干凈機(jī)油（約100kg）；其他工具：專用工作臺(tái)、切割機(jī)、鋼絲鉗、錘子、大力鉗及長(zhǎng)柄螺絲刀等。

下料：根據(jù)每根鋼絲繩所需最小長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果，用切割機(jī)鋸割新鋼絲繩所需長(zhǎng)度。散頭和除油：先將鋼絲繩一頭在25cm 左右處用鐵絲（直徑2mm）連續(xù)單排緊繞6cm 左右，扎緊，形成扎箍；然后穿入繩套，將鋼絲繩250mm 端222 根鋼絲松散開，形成散頭，初步除去鋼絲上的油脂。

2.蓬頭制作

如圖1 所示，以與閘門連接的一頭為例。

（1）用專用工具從鋼絲繩的外圍把細(xì)鋼絲逐根對(duì)折，用此法從四周向中央逐圈進(jìn)行盤緊、盤實(shí)，最后形成半球形；且球形的直徑與繩套軸銷端開口口徑大致相當(dāng)，球頭的高度約13cm。

（2）壓裝

①初裝：將鋼絲蓬頭拉入繩套鋅腔測(cè)量尺寸，初步估算淹沒蓬頭的鋅液面的位置，保證銷軸及連接桿安裝不受影響，否則必須做壓裝處理。

②壓裝：將初裝好的繩套放在專用的工作臺(tái)上，兩邊用軸銷架于兩只千斤頂上，注意千斤頂?shù)捻敳恳派夏景迤鸨Ｗo(hù)作用。調(diào)整好高度后，在工作臺(tái)的背面，用專用的夾具將鋼絲繩夾緊，以防在千斤頂頂壓繩套時(shí)鋼絲繩滑落，兩只千斤頂要確保同步擠壓，直到兩只千斤頂頂不動(dòng)為止，此時(shí)液壓千斤頂應(yīng)在有效的行程內(nèi)，否則可能出現(xiàn)繩套與鋼絲繩蓬頭之間沒有擠壓到位。注意在初裝和壓裝鋼絲繩時(shí)要確保鋼絲繩中心線與繩套導(dǎo)向孔同心。

（3）清除油脂及澆鋅

①清除油脂：將壓裝好的繩套組件放入盛有濃鹽酸的塑料桶內(nèi)，鹽酸的深度以剛好淹沒整個(gè)繩套為宜，避免將繩套外部的鋼絲繩上所鍍的鋅和油脂誤除。由于鍍鋅鋼絲繩上的鋅層與濃鹽酸劇烈反應(yīng)，使附在鍍鋅層外面的油脂污漬分離出來漂浮于液面；用塑料舀子將液面上的黑色油污瓢去，在鹽酸中浸泡約10min左右，等到反應(yīng)翻騰的水泡上再無黑色油污浮起時(shí)即可。用麻繩將繩套抬起，移出鹽酸桶，用清水沖洗繩套外壁，以防在澆鋅固定時(shí)殘余鹽酸傷及手與衣物。

②固定就位：將除去油污的繩套組件放在專用的工作臺(tái)上，使繩套口朝上處于方便操作的高度并固定牢靠，然后用廢型砂將鋼絲繩與繩套錐端面的縫隙從外口封堵一層，以防澆注時(shí)鋅液漏出。

③澆鋅：在做以上工作的同時(shí)，要將碎鋅塊（預(yù)先將鋅塊敲成小碎塊）放入焦炭爐中加熱的坩堝內(nèi)，鋅到400℃以上開始熔化，在熔化的過程中，由于表面會(huì)不斷的氧化，因此要不時(shí)用長(zhǎng)柄鐵勺將浮在表面的氧化層除凈，準(zhǔn)備好澆注。等鋅徹底熔化好后，用一根鋼筋橫穿于兩鍋耳上，兩人抬起鉗鍋將鋅液倒入繩套內(nèi)。注意，澆注時(shí)速度要快，最多分兩次進(jìn)行，但盡量在1min 之內(nèi)完成，邊澆邊看繩套內(nèi)鋅的情況，繩套內(nèi)鋅的用量以完全淹沒鋼絲蓬頭后，再高出2～3cm 為宜；也可以用專用鐵勺把鋅液舀入繩套完成澆鋅操作。

④防銹保養(yǎng)：將澆好鋅的繩套冷卻后，放入盛有機(jī)油的油桶中，深度以完全淹沒繩套為宜，在此油中浸泡12h 后即可使用。

同樣，按以上工藝流程，做好鋼絲繩另一頭的澆鋅連接工作。然后裝上銷軸和連接桿，就可以與閘門吊座及啟閉機(jī)吊座整體連接。

3.調(diào)試

雙吊點(diǎn)閘門，兩根鋼絲繩起吊，共有4 個(gè)繩套，每根鋼絲繩兩頭各與一個(gè)繩套和連接桿相連，連接桿和閘門吊座或啟閉機(jī)油缸吊座連接。整體連接妥當(dāng)后，根據(jù)原始測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)兩根鋼絲繩長(zhǎng)度進(jìn)行初步調(diào)節(jié)。然后啟閉閘門，觀察閘門運(yùn)行狀態(tài)，是否有傾斜，可以將閘門關(guān)到底或置于擱門器上，在鋼絲繩不受力狀態(tài)下逐步細(xì)調(diào)，使閘門平衡居中，閘門關(guān)到底保持鋼絲繩一定的繃緊度不松垂即可。在以后使用的一年間，新的鋼絲繩會(huì)因受力產(chǎn)生塑性變形不斷被拉長(zhǎng)，需經(jīng)常調(diào)節(jié)兩根鋼絲繩的長(zhǎng)度，才能保持閘門平衡居中正常運(yùn)行。當(dāng)鋼絲繩塑性變形完全釋放后，基本不再需要調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度屬于啟閉設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容■