雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩測力張拉安裝法研究與應(yīng)用

陸美凝， 夏 炎， 周和平

(1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處， 江蘇 淮安 223100； 2.江蘇省淮沭新河管理處， 江蘇 淮安 223001)

1 雙吊點(diǎn)受力偏差的危害

雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩安裝不當(dāng)，可能導(dǎo)致兩側(cè)鋼絲繩受力偏差較大。偏差過大，會造成工程、設(shè)備損傷，甚至破壞[1]。對啟閉機(jī)來說，受力較大一側(cè)的鋼絲繩、繩鼓、齒輪副、軸承、支架等組件受力都偏大，相對于另一側(cè)設(shè)備組件，更容易疲勞、磨損，甚至受傷、破壞。對閘門來說，受力較大一側(cè)的閘門吊座、縱梁受力偏大，導(dǎo)致整個(gè)梁板結(jié)構(gòu)應(yīng)力轉(zhuǎn)移，局部應(yīng)力增大，危害結(jié)構(gòu)安全。若是弧形閘門，雙吊點(diǎn)受力不等還對支臂產(chǎn)生扭矩[2]，扭矩傳給支座，支座部位應(yīng)力轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)動部位偏心磨損加劇；支座又將扭力傳遞給基礎(chǔ)，基礎(chǔ)混凝土局部出現(xiàn)拉力，易導(dǎo)致混凝土開裂。如若安裝了超荷載(達(dá)到額定荷載的110%)報(bào)警和自動切斷電氣主回路裝置，還將影響工程運(yùn)行[3]。工程運(yùn)行實(shí)踐中，啟閉機(jī)兩側(cè)鋼絲繩不同步現(xiàn)象導(dǎo)致的啟閉機(jī)損傷、弧形閘門支鉸座基礎(chǔ)混凝土開裂、設(shè)備超載拒動等情況也屢屢發(fā)生。

卷揚(yáng)式啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)不同步危害很大，但鋼絲繩安裝時(shí)雙吊點(diǎn)同步卻不易實(shí)現(xiàn)。因此，針對卷揚(yáng)式啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)同步要求，開展鋼絲繩安裝方法研究很有必要。

2 雙吊點(diǎn)受力偏差模擬演算

鋼絲繩受拉時(shí)將伸長，伸長量計(jì)算式為

(1)

式中：ΔL為鋼絲繩伸長量，m；F為鋼絲繩內(nèi)力，N；L為鋼絲繩長，m；E為鋼絲繩彈性模量，Pa；A為鋼絲繩截面面積，m2。

假定閘底板水平，門槽鉛直，閘門、啟閉機(jī)制造精度符合要求，則引起雙吊點(diǎn)受力偏差的主要原因是鋼絲繩松緊不一(圖1)。

圖1 雙吊點(diǎn)不同步示意圖

現(xiàn)舉例計(jì)算啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)不同步引起的兩側(cè)鋼絲繩張力偏差值。某平板閘門寬10.0 m，高6.2 m，吊點(diǎn)距5.6 m，自重G=200 kN(將摩阻力概化為重力)，側(cè)滾輪與軌道間設(shè)計(jì)間隙均為10 mm，兩根鋼絲繩計(jì)算長度(取鋼絲繩由啟閉機(jī)繩鼓至閘門吊耳的間距)為13.5 m，偏差為20 mm，鋼絲繩直徑34 mm。設(shè)一側(cè)鋼絲繩牽引力為F1，另一側(cè)鋼絲繩牽引力為F2。分兩種情況分析計(jì)算。

第一種情況，啟閉機(jī)轉(zhuǎn)動，左側(cè)鋼絲繩延伸2 cm，右側(cè)鋼絲繩即將受力。采用式(1)計(jì)算鋼絲繩內(nèi)部張力。已知L=13.5 m，A=433.13×10-6m2,鋼絲繩彈性模量取為E=100 GPa，計(jì)算得：F1=64 kN，F(xiàn)2=0，因F1<100 kN，閘門未啟動。

第二種情況，啟閉機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)F1+F1=200 kN時(shí)，閘門啟動，那么，兩側(cè)鋼絲繩受力F1、F2兩者關(guān)系式為

(2)

由式(2)計(jì)算得F1=132 kN，F(xiàn)2=68 kN，左側(cè)鋼絲繩伸長41 mm，受力超設(shè)計(jì)32%;右側(cè)鋼絲繩伸長21 mm，受力為設(shè)計(jì)張力的68%，左側(cè)鋼絲繩受力是右側(cè)鋼絲繩受力的1.94倍。可見，啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)同步性看似不大的偏差，能造成鋼絲繩受力較大的偏差。

3 雙吊點(diǎn)不易同步的原因

啟閉機(jī)鋼絲繩安裝的最后一道工序，一般是將鋼絲繩固定到啟閉機(jī)上。但保證雙吊點(diǎn)同步卻不易做到。主要是鋼絲繩自重較大，牽引不方便，松緊度難以控制。

有一種經(jīng)驗(yàn)安裝方法，是先將兩側(cè)鋼絲繩全部固定到繩鼓上，觀察鋼絲繩松緊狀況，將較緊的一側(cè)鋼絲繩的固定螺栓適度松開，接著點(diǎn)動啟閉機(jī)，當(dāng)兩側(cè)鋼絲繩松緊一致時(shí)，將松開的螺栓緊固，完成鋼絲繩松緊度調(diào)整。這種方法聽起來比較奇巧，但實(shí)際操作時(shí)卻難以控制。一是“螺栓適度松開”難以控制，需要技巧，同時(shí)易造成鋼絲繩磨損，鍍鋅鋼絲繩鋅層損傷；二是“點(diǎn)動啟閉機(jī)”難以控制，啟門速度較慢的易控制，啟門速度較快的難以控制，行程控制不準(zhǔn)，也就難以保證“鋼絲繩松緊一致”；三是“鋼絲繩松緊一致”難以掌握，多通過觀察、敲擊等手段認(rèn)定，比較粗放，精度較低。

所以，啟閉機(jī)鋼絲繩安裝，需要有合適的鋼絲繩牽引方式以及相對精確的張力測量方案。本文中介紹的是采用測力張拉裝置及其安裝方法。

4 鋼絲繩測力張拉安裝方法

鋼絲繩測力張拉裝置包括龍門架、一號葫蘆、二號葫蘆、一號彈簧秤和二號彈簧秤，龍門架的橫梁上安裝一號葫蘆和二號葫蘆，一號葫蘆下方連接一號彈簧秤，二號葫蘆下方連接二號彈簧秤，整體構(gòu)成測力張拉裝置(如圖2)。

圖2 鋼絲繩測力張拉裝置結(jié)構(gòu)

表1 啟閉機(jī)鋼絲繩張力測量記錄

測力張拉裝置安裝方法如下：

(1)將測力張拉裝置安放在啟閉機(jī)一側(cè)繩鼓處，一號彈簧秤下端連接鋼絲繩A點(diǎn)，二號彈簧秤下端連接鋼絲繩B點(diǎn)，調(diào)整龍門架和葫蘆位置，使葫蘆對鋼絲繩垂直向上張拉；使用一號葫蘆張緊繩鼓下部鋼絲繩，記下一號彈簧秤讀數(shù)a，再使用二號葫蘆張緊繩鼓上鋼絲繩，記下二號彈簧秤讀數(shù)b，錨固鋼絲繩。

(2)一側(cè)鋼絲繩安裝完畢后，將測力張拉裝置移至啟閉機(jī)另一側(cè)繩鼓處，一號彈簧秤下端連接鋼絲繩，同步驟(1)與A點(diǎn)位置一致的高度，二號彈簧秤連接鋼絲繩，同步驟(1)與B點(diǎn)位置一致的高度，調(diào)整龍門架和葫蘆位置，使葫蘆對鋼絲繩垂直向上張拉；使用一號葫蘆張緊繩鼓下部鋼絲繩，一號彈簧秤的讀數(shù)同步驟(1)的a，使用二號葫蘆張緊繩鼓上鋼絲繩，使二號彈簧秤的讀數(shù)同步驟(1)的b，錨固鋼絲繩。

如此測力張拉，因起始賦予兩側(cè)鋼絲繩相同拉力，此時(shí)鋼絲繩雙吊點(diǎn)必然同步，運(yùn)行時(shí)，只要門槽鉛直，閘門、啟閉機(jī)制造精度符合要求，整個(gè)閘門啟閉過程兩側(cè)鋼絲繩受力將均衡。

安裝過程中必須A、B兩點(diǎn)同時(shí)張拉，否則難以保證兩側(cè)鋼絲繩受力相等。因啟閉機(jī)繩鼓上一般有2～4圈安全鋼絲繩，如果僅張拉A點(diǎn)，鋼絲繩內(nèi)產(chǎn)生張力，也就產(chǎn)生了對繩鼓的壓力，鋼絲繩與繩鼓間產(chǎn)生摩阻力，致使鋼絲繩難以滑動，難以張緊鋼絲繩；如果僅張拉B點(diǎn)，難以張緊繩鼓上的鋼絲繩。

5 應(yīng)用效果

弧形閘門的雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，近年更換了全部啟閉機(jī)。試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)啟閉機(jī)兩側(cè)荷重儀讀數(shù)普遍偏差較大，認(rèn)為荷重儀精度不夠，遂退出使用。投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)開閘時(shí)大部分閘孔總是一側(cè)首先升起，另一側(cè)延后升起，意識到啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)不同步，但未采取措施。同時(shí)，部分閘孔開啟時(shí)支鉸發(fā)出較大聲響，認(rèn)為支鉸潤滑不夠，遂對支鉸注油潤滑，消除了聲響。

在支鉸注油時(shí)，發(fā)現(xiàn)大部分支鉸座基礎(chǔ)混凝土發(fā)生了裂縫，部分裂縫較寬。經(jīng)分析，裂縫源自閘門支臂扭矩，扭矩源自閘門雙吊點(diǎn)不同步，閘門支鉸發(fā)出較大響聲，也與轉(zhuǎn)動部位偏磨有關(guān)。

采用測力張拉方法對啟閉機(jī)鋼絲繩進(jìn)行了調(diào)整，并采用鋼絲繩張力測試儀測量了鋼絲繩內(nèi)部張力(表1)。可以看出，啟閉機(jī)鋼絲繩同步性情況，2、4、5、7號較好，1、3號一般， 6號較差，需進(jìn)一步調(diào)整。

卷揚(yáng)式啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)鋼絲繩受力偏差的允許值，未見明確規(guī)定，但啟閉機(jī)安裝時(shí)追求雙吊點(diǎn)同步是必要的[4]。鋼絲繩測力張拉方法，不失為一種簡便易行、精度可靠的保證啟閉機(jī)雙吊點(diǎn)同步的安裝方法，值得推廣應(yīng)用。