大型卷筒繩槽底徑測(cè)量方法淺析

張根啟，曾峰

（杭州華電工程咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概述

通航過(guò)壩方式分船閘和升船機(jī)2 種, 船閘使用較多。葛洲壩1#,2#,3#船閘均已安全運(yùn)行了20 多年,三峽工程雙線(xiàn)五級(jí)船閘也在2003 年實(shí)施通航。但船閘通航時(shí)間及水資源利用較大，近幾十年來(lái),隨著機(jī)械制造和自動(dòng)控制技術(shù)的提高,升船機(jī)這一過(guò)壩的快速通道有了較大的發(fā)展。升船機(jī)的規(guī)模越來(lái)越大,形式越來(lái)越新穎，技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。升船機(jī)按運(yùn)船方式可分為干運(yùn)和濕運(yùn)2 大類(lèi)；按照運(yùn)船的方向又可分為垂直升船機(jī)和斜面升船機(jī)2 種。垂直升船機(jī)根據(jù)垂直升船機(jī)的提升裝置可以分為鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式、齒輪齒條爬升式、浮筒式以及水力浮動(dòng)式轉(zhuǎn)矩平衡重升船機(jī)幾種類(lèi)型。其中鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式全平衡升船機(jī)由于投資小，維護(hù)費(fèi)用低已應(yīng)用于福建水口、烏江思林、沙沱。卷筒繩槽底徑的絕對(duì)和相對(duì)偏差控制是運(yùn)行質(zhì)量的保證，但卷筒螺旋式繩槽底徑的具體數(shù)值不能直接進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)對(duì)幾種測(cè)量方法進(jìn)行探討。

2 結(jié)構(gòu)型式

垂直升船機(jī)全平衡式提升機(jī)構(gòu)示意圖

1-卷筒；2-同步軸；3-定滑輪；4-轉(zhuǎn)向裝置；5-鋼絲繩；6-靜力平衡重；7-定滑輪平衡重；8-轉(zhuǎn)矩平衡重

（1） 卷筒組主要由卷筒體、卷筒軸及軸承、花鍵套、制動(dòng)盤(pán)、軸承座、鋼絲繩壓板及連接件等組成。

（2） 卷筒名義直徑一般≥3000mm，技術(shù)要求一般繩槽表面粗糙度Ra3.2，繩槽底徑的制造公差應(yīng)滿(mǎn)足圖樣要求，且最大不超過(guò)0.5mm，所有卷筒繩槽底徑相對(duì)差值不大于0.3mm。

（3） 因500T 級(jí)以上升船機(jī)提升卷筒4 或8 套，為使船廂運(yùn)行平穩(wěn)，各吊點(diǎn)受力均勻，對(duì)各卷筒間繩槽底徑相對(duì)差要求較高，所以對(duì)卷筒的繩槽底徑控制極為重要。

3 升船機(jī)卷筒繩槽底徑測(cè)量方法淺析

由于現(xiàn)在檢測(cè)手段及卷筒繩槽（繩槽為螺旋式，不形成交匯點(diǎn)）實(shí)際情況，還不能直接測(cè)量卷筒繩槽底徑，只能間接測(cè)量反算推理得出數(shù)值。主要存在以下測(cè)量方法：

3.1 加工車(chē)床進(jìn)給量測(cè)量法

測(cè)量方法：在加工車(chē)床上進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)卷筒加工至圖紙要求底徑深度時(shí)，用加工刀具接觸卷筒邊緣未加工繩槽處為初始數(shù)值，然后利用加工刀具至繩槽底徑，進(jìn)刀量的數(shù)值即為繩槽的理論數(shù)值。此底徑深度誤差由車(chē)床的加工精度及刀具至繩槽底部接觸點(diǎn)偏差決定，測(cè)量時(shí)間有局限性，數(shù)值只能在卷筒處于機(jī)床時(shí)測(cè)量。

3.2 深度尺檢測(cè)升船機(jī)卷筒繩槽底徑

測(cè)量方法：第一，在卷筒繩槽完成精車(chē)之后，檢驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行繩槽弧度樣板的貼合，弧度樣板與繩槽的貼合率不應(yīng)低于95%；第二，檢驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行卷筒外徑檢測(cè)(檢測(cè)精度可為0.02mm)，測(cè)量卷筒外徑為D；第三，檢驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行卷筒繩槽深度的檢測(cè)(檢測(cè)精度可為0.02mm)，測(cè)量卷筒繩槽深度為h；第四，檢驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行卷筒繩槽底徑的計(jì)算：卷筒繩槽底徑d=D-2h。

測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)：這種通過(guò)測(cè)量繩槽深度計(jì)算卷筒繩槽底徑的方法簡(jiǎn)便易操作。

測(cè)量方法的缺點(diǎn)：這種通過(guò)測(cè)量繩槽深度計(jì)算卷筒繩槽底徑的方法不夠準(zhǔn)確。其原因有二：第一，卷筒繩槽外徑D 與卷筒繩槽深度h 可能不在同一直徑上；第二，卷筒繩槽深度h 與卷筒繩槽深度同一直徑上的另一端繩槽深度h’ 極可能不相等；第三，由于繩槽弧頂加工時(shí)已削峰，所測(cè)深度也存在一定偏差；這是造成這種測(cè)量方法不準(zhǔn)確的主要原因所在。

3.3 π 尺纏繞法檢測(cè)升船機(jī)卷筒繩槽底徑

測(cè)量原理：根據(jù)圓柱形螺旋線(xiàn)形成原理，即有螺旋線(xiàn)沿圓柱面展開(kāi)為一直線(xiàn)，對(duì)每一個(gè)螺距展開(kāi)的直線(xiàn)而言，其構(gòu)成以圓柱周長(zhǎng)、螺距為直角邊，螺旋線(xiàn)長(zhǎng)度為斜邊的直角三角形，根據(jù)卷筒繩槽等效底徑ФL與繩槽底徑Ф、繩槽螺距P 的關(guān)系公式，如下圖：

當(dāng)為圓柱式螺旋線(xiàn)時(shí)，此時(shí)螺旋線(xiàn)沿圓柱面展開(kāi)為一直線(xiàn)，對(duì)每一個(gè)螺距展開(kāi)的直線(xiàn)而言，構(gòu)成以πΦ、P 為直角邊的三角形，則有單圓螺旋線(xiàn)長(zhǎng)度。Φ為圓柱直徑( 即投影直徑)，P 為螺距、πΦL 為螺旋線(xiàn)長(zhǎng)度(即以πΦ 為圓周長(zhǎng)的等效直徑ΦL)。

測(cè)量方法：第一，在卷筒繩槽完成精車(chē)之后，檢驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行繩槽弧度樣板的貼合，弧度樣板與繩槽的貼合率不應(yīng)低于95%；第二，檢驗(yàn)者用精度為0.02mm的π 尺緊密?chē)@鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式垂直升船機(jī)主提升卷筒繩槽有效寬度范圍內(nèi)的任意2 個(gè)相鄰繩槽底部一周，其等效底徑（即繩槽底徑斜長(zhǎng)）為ΦL；第三，檢驗(yàn)者應(yīng)進(jìn)行卷筒繩槽底徑的計(jì)算，卷筒繩槽底徑計(jì)算值為Φ，其計(jì)算公式為 ，卷筒繩槽螺距為P。

測(cè)量注意事項(xiàng)：在使用π 尺測(cè)量卷筒繩槽等效底徑時(shí)，要注意以下3 點(diǎn)：第一，π 尺的測(cè)量精度不應(yīng)低于0.02mm，并在有效檢定期限內(nèi)；第二，測(cè)量卷筒相鄰繩槽等效底徑時(shí)，π 尺要與繩槽底部緊密貼合；第三，測(cè)量時(shí)π 尺需使用拉力計(jì)，并考慮環(huán)境溫度下的修正值；第四，測(cè)量卷筒繩槽等效底徑在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可用石筆沿弧度樣板于繩槽底部畫(huà)出一圓弧線(xiàn)，這是讀取π 尺的卷筒繩槽等效底徑的比對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)。如圖所示：

測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)：這種通過(guò)測(cè)量繩槽底徑等效值計(jì)算卷筒繩槽底徑的方法比較準(zhǔn)確，它引入了繩槽螺距P 和圓周率π 的準(zhǔn)確值。能夠?yàn)榫硗惭b置進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試提供準(zhǔn)確可靠的技術(shù)參數(shù)，可有效控制提升卷筒繩槽底徑的相對(duì)差≤0.3mm 的技術(shù)要求。

測(cè)量方法的缺點(diǎn)：這種通過(guò)測(cè)量繩槽底徑等效值計(jì)算卷筒繩槽底徑的方法計(jì)算起來(lái)較為麻煩。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，第三種繩槽底徑測(cè)量方法相對(duì)更準(zhǔn)確；隨著我國(guó)水利行業(yè)升船機(jī)工程事業(yè)的發(fā)展，升船機(jī)更是被廣泛應(yīng)用。但是，由于全平衡式升船機(jī)提升卷筒在工作中常常會(huì)發(fā)生吊點(diǎn)不一致現(xiàn)象，影響升船機(jī)正常運(yùn)行。所以，需要工作人員認(rèn)真檢查，運(yùn)用科學(xué)有效的措施進(jìn)行解決，從而提高升船機(jī)的安全性與穩(wěn)定性。