水利水电工程启闭机设计规范

水利水电工程启闭机设计 SL41—93 条文说明 序言 为了提高我国水利水电工程启闭机的设计水平,从总结建国以来启闭机的选用、布置、 设计、制造、科研和教学经验着手,由原水利电力部水利水电建设总局于1985 年下达任务,由西北勘测设计院(主编单位)和成都勘测设计院负责编制水利水电工程启闭机设计规范《行业》正文和附录,1987 年以水利水电(前期)科技项目专项又加以明确。 1988 年11 月由水利水电规划设计总院主持,在西安召开了《启闭机设计规范》(讨论稿) 第一稿小型审查会,会议邀请了部分水电系统设计院、水工机械厂和高等院校的专家和代表参加,会上提出了不少有益的意见和建议。我们根据专家和代表的意见,对讨论稿进行修改和补充,并作为征求意见稿于1989 年4 月寄发给水利水电系统设计院、水工机械厂、研究所和高等院校等单位,请他们提出修改意见和建议,到1989 年10 月共收到25 个单位和个 人寄来的意见。根据这些意见,我们再一次修改了征求意见稿并作为送审稿提出。1990 年11 月水利水电规划设计总院邀请45 个单位55 位专家和代表在四川夹江水工机械厂召开《水 利水电工程启闭机设计规范》(送审稿)审查会。与会专家和代表一致肯定本规范是符合我国国情并总结了我国多年来启闭机设计、制造、安装等多方面经验,同时提出了不少宝贵意见和经验,使之更加完善。1991 年6 月水利水电规划设计总院,邀请了水利水电系统部分专家在三门峡水工机械厂召开“启闭机设计规范统稿工作会议”,对规范进行最后定稿,参加会议的专家有:(以姓氏笔画排列)王守运、卢希静、行少阜、李毓芬、李元吉、沈德民、陆长生、陈文洪、张志宏、杨达夫、赵志伟、赵辅鑫、薛瑞宝。本规范是在不断完善的过程中完成的。 本规范的编制工作遵循下列原则: (1)本规范的内容包含水利水电工程的启闭机设计和布置。 (2)本规范的编写尽量总结和反映水利水电行业启闭机的布置和设计的经验及技术水 平,也适当吸取当今世界的先进水平。 (3)本规范积极采用国家标准和国际标准。 (4)本规范作为行业标准,在水利水电行业中具有一定的约束力,今后启闭机新产品设 计应按照本规范的要求进行。 本规范内容和编排既考虑了与钢闸门设计规范的协调,也考虑到启闭机的特点。作为行 业规范,不但要有启闭机设计部分,也应有启闭机的布置和选用,这就便于启闭机设计人员对设计规范的使用。在国内水利水电工程中投入运行的启闭机大量是固定式启闭机,其机构部分是启闭机设计的主要部分;结构部分主要是用于移动式启闭机。荷载和材料均作为单独一章列出,这和钢闸门设计规范相一致。由于各类零、部件和结构件的许用应力完全不同,同时为使规范使用人员方便起见,某些许用应力就列在有关零、部件和结构的条文和附录中。考虑到我国和世界上的启闭机发展方向,液压启闭机愈来愈广泛地被采用在各个水利水 电工程中,同时我国相当一部分水利水电设计院缺乏液压启闭机的设计经验,故我们将液压启闭机的有关布置和设计院要求及资料编入本“规范”的正文和附录中。 1 适用范围 本规范的适用范围主要是:目前在水利水电工程中较多使用的各类启闭机,对于有特殊 要求的、新型结构的则不包括在内。电动葫芦主要用于厂矿企业,已定型化、系列化,水利水电工程需使用时可以选用定型产品,本规范就不再考虑其设计条件。 2 引用标准 本规范主要引用标准是GB3811-83《起重机设计规范》和SDJ13—78《水利水电工程钢 闸门设计规范》(试行)。前者为通用性规范,后者则与启闭机设计规范配套使用。本规范不违反起重机设计规范中的规定,但又考虑了启闭机的特殊性和专业要求;且和钢闸门设计规范配套,为水利水电工程金属结构专业性设计规范。 3 基本符号 由于本规范涉及有关符号较多,同时为了表达方便,只把基本符号列在前面,其他则分 别写在有关章、条中。这是根据GB1.1—87《标准编写的基本规定》中6.3.2 条的规定表达的。 4 总则 4.0.1 本条说明本规范对水利水电工程启闭机的布置、设计有约束和指导作用。本规范是根据建国以来各设计部门启闭机的设计实践和使用特点等编制的。在一般情况下都应遵循本“规范”。 4.0.2 本条是说明机构的工作级别。水利水电工程启闭机的工作对象明确,使用条件相对稳定。一般水电站启闭机每年使用时间较少,水利工程使用时间较多。机构的设计寿命较多的属于轻级,仅极少数(如龙羊峡坝顶5000kN 门机)属于重级。为简化工作级别起见,我们把工作级别和荷载状态、设计寿命联系起来,对于结构一般就不考虑疲劳强度,所以机构的工作级别即为启闭机的工作级别。多机构的启闭机的工作级别可以不同,其主起升机构的工作级别作为启闭机工作级别。 水利水电工程中,由于各工程的自然条件、河流特性、安全可靠度要求等差别较大,故 要完全按闸门工作性质来对启闭机工作级别分类有时不一定合适,这里仅按一般情况提出如下意见供参考。 (1)启闭检修闸门的启闭机可选用Q1—轻。 (2)启闭事故闸门的启闭机可选用Q2—轻或Q1—轻。 (3)启闭工作闸门的启闭机可选用Q3—中或Q2—轻。 (4)坝顶启闭多孔闸门的移动式启闭机和尾水高扬程启闭机一般可选用Q3—中或Q2— 轻。 (5)坝顶启闭多孔的高扬程移动式启闭机可选用Q3—中或Q4—重。 4.0.3 本条说明设计和布置启闭机的有关资料。设计时应考虑枢纽总布置对启闭机的要求,确定启闭机型式,根据启闭机型式确定所需资料。如弧形闸门主要用在泄水系统,就没有快速下门的要求;启闭机吊耳不进入门槽一般就不存在钢丝绳与门槽相干扰和水质资料等问题。 4.0.4 由于启闭机的工作对象明确,基本参数变化不大,因此有可能逐步达到标准化、系列化。本规范对启闭机的容量、扬程、跨度、速度等基本参数作出规定,在一般情况下要求尽可能按此规定执行,对于个别有特殊要求的则可另行考虑。 4.0.5 启闭机和其他起重机械相比,对起升机构的安全保护特别重要。这主要是因为它的工作对象大部分在水中,工作情况不易摸清。为了安全可靠地工作,对安全措施要重视,要强调其重要性。而其他起重设备的吊物大多在陆地上,不安全情况容易被人们发现。如果启闭机发生意外,不仅影响闸门的启闭,有时其后果不堪设想。除了起升机构以外,其他机构也应装设相应的安全装置。 4.0.6 由于启闭机使用场所多处在深山峡谷或江河处,维护条件差,湿度大,所以这里专门提出防潮、防腐蚀和防风沙等保护措施,要求设计、使用单位注意。 4.0.7 启闭设备中的金属结构,对于固定式启闭机其机构直接安装在结构上,所以一般由挠度控制,强度应力较低;对于移动式启闭机(如门机、桥机等),由于总的使用频繁率不高, 而且季节性较强,有充裕的检修时间,一般不会造成疲劳破坏,其金属结构部分可不进行疲劳强度验算,如有关部门专门提出要求,则也可进行验算。 4.0.8 由于启闭机的制造和使用地点相隔较远,除了铁路运输外,很多情况下要有公路运输,所以其解体尺寸和重量应考虑工地的情况和条件。如龙羊峡水电站坝顶5000kN 门机,其主梁长达33m,铁路运输满足要求,但公路运输无法转弯,设计时分为两段,在工地再拼装为一根主梁。所以启闭机的解体尺寸和重量要满足工地的铁路运输和公路运输要求。 5 设计原则和要求 5.1.1 本条是启闭机设计的基本原则,不管何种类型的启闭机,其布置选择和设计,都应遵循这些原则。 5.1.2 本条针对各种用途的闸门的启闭设备的选型,提出了一些原则性的意见。由于各个工程的自然条件、水工建筑物的使用条件等均不完全相同,因此在选用和设计启闭机时尚需结合上述因素并进行全面的技术经济指标论证才能确定。在论证和比较时,除了考虑启闭设备自身的制造、安装等费用外,尚应顾及相应的水工结构和其他的辅助设备。苏联的《水工建筑物的启闭机械》一书中提出,“大体可以认为,当设有主闸门和事故检修闸门的泄水孔等于或多于6 个孔时,采用移动式启闭机是适宜的。”对于分节启闭的分节式闸门(如迭梁闸门) 或闸门扇数少于孔口数(如多孔口的检修闸门或事故检修闸门)则必须采用移动式启闭机。 本条把水利水电工程中的泄水、发电、导流、灌溉等各系统的一般选型原则列出,但应 结合总体布置和自然条件等因素统一考虑,这样选型才能比较切合实际。 施工导流封孔闸门的启闭机的主要特点为:①启闭力要有一定的富裕量;②要有正确的 扬程指示装置,但由于该机属于临时性质(封孔后即拆卸搬走),所以设计部门在设计时,应考虑尽可能在本工程中借用工程永久启闭设备(如碧口水电站工程、宝珠寺水电站工程)或施工用起重设备(盐锅峡水电站工程),也可对施工单位进行了解,有无适合导流用的启闭设备进行租借,这样的做法,比较经济。当然对于某些大型项目,由于启闭容量较大,无法借用,只能另行设计、制造。 5.1.3 本条关于固定式启闭机设置机房的问题。由于我国地域广阔,南北条件差异较大。南方炎热多雨,北方寒冷、多风沙和冰雪。为了给启闭机创造有利的工作环境,如有可能,希望能设置机房。如果限于各方面的条件(包括布置和费用),也可加设活动保护罩。总之,不管哪一种措施,均应考虑启闭机的工作条件。另外,根据我们的调查,当开启闸门时,机房内风力很大,有时给工作人员工作造成困难,这是因为①闸门通气孔信位置不恰当;②闸门通气孔较小,因此机房也作为通气孔的一部分;③闸门通气孔没有和机房分开。前两个因素主要在闸门设计中解决,后一个因素因为直接影响启闭机的操作,所以在本条中提出,以便在启闭机房的布置中引起重视。此外,还对在严寒地区工作的启闭机提出了保温、工作油和润滑油的防冻要求,主要是确保启闭机能在冬季安全可靠的投入运行。 5.1.4 本条指出启闭机的最大扬程除满足启闭闸门的最大扬程外,还应留有适当的富裕度,主要是考虑水工建筑物的施工误差和设备的安装误差。对潜孔弧门启闭机而言,其扬程尚应考虑更换侧、顶水封的需要。这是因为经过调查,了解到有些单位在设计中忽略了这一点,所以投入运行后更换水封就比较困难。本《规范》提出上述要求,希望在设计和布置时考虑。 5.1.5 高扬程启闭机在国内自70 年代开始逐渐得到推广,这是由于改善了工作人员的劳动条件和便于操作运行,所以在水利水电工程中比较受欢迎。有些早期设计的低扬程启闭机,有条件的也在修改为高扬程,可以认为这是发展方向。 但当高扬程下游止水潜孔闸门和自动挂脱梁(移动式启闭机)联合使用,且其水下深度大 于潜水员的通常潜水深度时,需仔细研究,因为自动挂脱梁若发生问题时,处理就较困难。鉴于目前国内的认识水平不一致,故在本规范中仅作为在一定条件下推荐意见。 5.1.6 本条提出在设计高扬程启闭机时,要注意动滑轮组、钢丝绳与闸门槽的干扰问题。这是因为高扬程启闭机取消了中间连接吊杆,动滑轮组和钢丝绳都要进入闸门门槽,特别是双吊点闸门,因为按过去常规设计,闸门吊耳都设置在闸门边柱上部,这样门槽容易与钢丝绳或动滑轮组发生干扰。所以必须要和闸门设计人员进行配合,必要时要求闸门吊点向中间靠拢(如移动式启闭机则可通过自动挂脱梁或平衡梁改变吊点间距),但如果吊点间距过小则对启闭机设计可能又带来问题。至于单吊点闸门虽然不易产生上述问题,但在设计时也应注意动滑轮组、钢丝绳与闸门门槽的干扰。 5.1.7 对于进入水中的动滑轮组,根据多年的实践经验推荐采用滑动轴承,而不用滚动轴承。苏联马尔津逊等著的《水工建筑物的启闭机机械》一书中提到:“通常滑轮组的滑轮都采用滚动轴承,以减少钢丝绳的运行阻力,并延长部件的寿命。但是,当滑轮浸没于水中时,则应采用BP2AЖ9—4Л号青铜(9—4 铸造铝铁青铜),或дCп—B 型层压胶木滑动轴承。”但国内尚有部分启闭机(大多为门机)采用滚动轴承,故本规范提出如采用滚动轴承则应考虑密封装置,防止水进入轴承体内。 5.1.8 本条指出启闭机起吊平面闸门时,其起吊中心线应与闸门起吊中心线一致。这主要是指卷扬式启闭机,由于自身布置的关系,当钢丝绳经过动、定滑轮和平衡滑轮后,动滑轮组的中心线不一定和定滑轮组中心线一致(主要取决于定滑轮组和卷筒间的距离与定滑轮组和平衡滑轮间的距离),因此必须进行计算。在过去的设计中,我们发现二者中心不一,使启闭闸门时又多一个侧向力。故这一问题在本规范中提出以期引起注意。 至于其他类型启闭机(如液压式、螺杆式)当然也有闸门起吊中心和启闭机起吊中心一致 的问题,但一般不易疏忽,规范中提的是对所有类型启闭机,希望引起设计者注意。 5.1.9 本条主要是针对启闭力大的移动式启闭机和固定式启闭机,当其吊具与闸门(或吊杆) 吊耳的连接轴重量较大,操作困难时,对移动式启闭机则宜采用自动挂脱梁或手摇联轴装置,其目的是减少劳动量,便于经常拆卸。当卷扬式启闭机在动滑轮组吊耳上采用手摇联轴装置时,尚应在装联轴装置吊板的另一侧增加配重,以使动滑轮组在空载升降时保持平衡。对于液压式或其他类型启闭机,采用多节吊杆连接进行工作时,也应予以考虑。 5.1.10 启闭机的安装高程应控制在最高洪水淹没位置以上,这是因为启闭机具有较多的电控设备和电动机、限位开关等电气设备,如淹没于水中则引起失灵。但对液压启闭机,由于自身缸体较长,若部分缸体浸水,在采取防腐蚀(包括涂刷防油耐水油漆防腐)措施后,仍然可以照常工作,不至于引起失灵,同时也便于总体布置,所以本“规范”特别提出对立式缸体在布置上允许其部分缸体浸水。 5.1.11 对于危及水利水电工程安全的启闭机必须要有可靠的备用电源。这是因为某些闸门(如泄水、溢洪系统的工作闸门)的启闭直接影响水工建筑物甚至整个枢纽的安全。我国曾有因暴雨来临,电源发生故障造成闸门不能开启使洪水泛坝的事故,应吸取教训,故提出对这类启闭机需要设置可靠的备用电源。 5.1.12 选定启闭机容量时,一般均应大于或等于计算启闭荷载。这是因为启闭机的工作对象在水下,情况不易摸清,而且影响启闭荷载的因素较多,如摩擦系数的变化等,所以在一般情况下,启闭容量选定时向上靠较为合适。 5.1.13 由于电站进水口快速闸门其关闭孔口有时间要求(一般为2min),所以操作快递闸门的启闭机其下降速度应根据要求确定。但当闸门接近底槛时,若其速度过大则易对闸门底槛引起冲击甚至破坏。根据过去的实践经验,一般认为其下降速度在不大于5m/min 时,不致造成破坏,这和SDJ13—78 第34 条相一致。 5.1.14 泵站出水口的快速闸门也需要快速关闭孔口,而关闭时间有所不同。如湖北省湖区泵站出水口快速闸门(拍门)孔口尺寸为4.5m34.5m(宽3高),要求关闭时间小于15s,该门选用15/60t 快速油压启闭机,为减少拍门在快速下降瞬时关闭的撞击力,在油缸下部设置 了缓冲装置。本条提出要控制接近全关闭时的速度(不大于5m/min),其目的也是防止闸门出现大的冲击力。 5.1.15 双吊点闸门的启闭机,如不保证两个吊点的同步升降速度则直接影响闸门运行。同时各部分的误差(如卷筒直径的误差、钢丝绳的张紧误差等),亦影响闸门两吊点的升降速度,使闸门倾斜(这在好几个工程中发生过)甚至卡住,所以本条提请注意,特别在设计、制造和安装过程中,要严格控制这些误差,在调试过程中更应注意两吊点升降速度不一致的可能因素,并进行消除,防止因各部分误差累积而影响闸门运行。 5.1.16 双吊点闸门的启闭机在正常工作中,虽然由于闸门重心位置的偏差或左、右摩阻力不一致,左、右吊点启闭荷载虽有不同,但根据过去运行经验,每一吊点仍可按1/2 启闭荷载计算。但对于有淤沙等情况的闸门,则两点有时荷载相差甚多,故在考虑左、右吊点启闭荷载时应适当加大,其值应根据河流情况、设置位置等确定。 5.1.17 对于有小开度(或门体设充水阀)充水要求的闸门,启闭机要设置能满足小开度精度 的行程开关或其他措施。这是因为小开度范围一般在200~300mm 左右,而启闭机的扬程最少在10m 左右,对于高扬程可能在50~80m 甚至更大,其相对比例甚少,如用一套常规 的主令控制装置如LK—4054,误差太大,不易调整,容易造成过载,所以本条提出来,以引起设计人员注意,当然如果采用电子显示和控制则容易达到所需精度。 5.2.1 卷扬式启闭机的主要特点是靠持住力(闸门自重、加重、水柱等)关闭孔口的闸门,一般为一机一门(也有一机二门的)。而且在短时间内可以启闭闸门,所以在泄水、溢洪等工作闸门上使用较多。 5.2.2 水电工程除电站进水口的快速闸门启闭机外,一般情况下启闭机多为就地操作,这主要是考虑容易了解操作过程中可能出现的各种情况以便于及时处理。至于水利工程中,有时同类工作闸门数量较多,所以在闸门的边侧设立集中控制室操作,这样既能保护电器操作设备,也便于了解操作过程中发生的问题。 5.2.3 本条主要强调机架上因设置传动零部件,为保证正常运行,所以应有足够的刚度。其值见结构部分。 5.2.4 当启闭机的启闭荷载方向倾斜时,则启闭机的某些零部件在计算时应考虑倾斜力。对于铸铁件若有受拉情况更应进行核算,必要时应以铸钢来代替铸铁,以改善受力情况。 5.2.5 高扬程启闭机的主要型式,就我们所知已采用过的型式有:①减少滑轮组倍率;②带排绳装置的多层卷绕;③自由双层卷绕;④双双联滑轮组双层卷绕;⑤折线绳槽卷筒的多层卷绕。其中带有排绳装置的多层卷绕和自由双层卷绕多用于卷扬式启闭机;双双联滑轮组双层卷绕已在门机和桥机中采用;折线绳槽卷筒在龙羊峡水电站用于坝顶门机回转吊上,北京院设计用于安康水电站卷扬式启闭机上,这在水利水电工程中刚开始采用,在煤矿卷扬机中已较广泛采用。由于各设计单位的设计经验不一,对高扬程卷扬启闭机型式也各有倾向,现均列出,供设计人员参考。 5.2.5.1 带有排绳装置的高扬程启闭机,根据我们的经验,应注意下列几点:①在卷筒的端部 和钢丝绳退回处要防止钢丝绳相互挤压;②排绳装置的导向螺杆螺旋角和钢丝绳返回的圆弧半径要合适;③作为螺母的月牙板体形要选择恰当。对于第一点目前一般做法是加工时使端部和返回处有一个偏心凸缘,使钢丝绳由第一层过渡到第二层时不相互挤压;对于第二点因为导向螺杆是双向螺纹,螺旋角选择大了则旋转阻力大,滑块(月牙板)到端部返回困难,如螺旋角太小则害怕中部任一圈螺纹中会滑至反向螺纹中去,导致工作破坏,我们在设计中曾采用18°,也可比这稍小的,返回处的圆弧半径应稍大些,在厂内组装试运行时进行修正,且应光滑;对于第三点滑块(月牙板)的体形选择,应考虑月牙板的包角,以使其接触应力较 小,同时要注意其体形,以保证其弯曲强度和顺利返回,此外,滑块(月牙板)要注意润滑,防止因严重磨损后而折断。 5.2.5.2 对于自由双层或多层卷绕的启闭机,其第二层以上的偏斜角推荐不大于2°,是按GB3811—83 和起重机设计手册中的数值作为推荐值。苏联1977 年版《起重运输机械计算手册》(Спавочникпорасчетаммеханизновптм1977)和苏联《起重机手册》第二册(Справочникпокранамтом 2)提出绳索允许偏角:对于光卷筒γ≤2°。对于大容量启闭机,由于钢丝绳直径大,僵性也大,所以多层卷绕时一般取2°较为合适。 原水电部水电总局曾组织过调查组对此问题进行过调查,调查报告推荐为2.5°。在第 一次本规范讨论会上也曾讨论过,但后来较多专家和代表的意见采用2°,至于采用多少度合适尚可进一步研究,这里提出一般为2°。 5.2.5.3 双双联滑轮组目前用在桥机、门机较多,但定滑轮直径一般较大,这是为了防止与定滑轮支承梁发中干扰。另一注意点是双双联有2~4 根钢丝绳,因此倍率在2 以上的定滑轮要铰接在滑轮组支架上,这样便于钢丝绳的长度调节和受力均匀。由于双双联的做法是卷筒上第一层钢丝绳作为第二层钢丝绳的导向,所以第一层要先于第二层2~3 圈。 5.2.5.4 采用折线绳槽卷筒在我国矿山卷扬机上己经用得较多,目前在龙羊峡坝顶5000kN 门机回转吊上已采用。北京勘测设计研究院在安康水电站卷扬式启闭机中也开始采用,并在三门峡水工机械厂召开了评议会,基本得到肯定。另外,减少滑轮组倍率的也可达到高扬程要求。这种方法比较简单,但由于钢丝绳直径增大引起卷筒外径加大及压力增加,因此设备自重有可能增加。 5.2.6 本条把表孔、潜孔弧门的卷扬式启闭机在国内使用过的型式列出。 吊点设在面板前的表孔弧门卷扬启闭机、盘香式启闭机,其起吊半径大,受力明确,但 钢丝绳及吊具一般应紧贴弧门面板,以达到闸门升降平稳、钢丝绳不致被水冲击而引起抖动的目的。此外,由于吊具与闸门连接处经常在水中,不易检查,且局部钢丝绳也常浸在水中,故必须镀锌。60 年代末70 年代初,广东院、辽宁院等陆续采用吊点在面板下游的卷扬式启 闭机,其特点是可以用平面闸门卷扬启闭机改装加滑轮组起吊,使启闭机自重降低,但钢丝绳缠绕较为复杂,目前也广泛应用。盘香式启闭机目前在国内尚属试用阶段,其主要特点是用盘香板代替卷筒,结构紧凑,用多根钢丝绳起吊一个吊点,由于钢丝绳重叠挤压,要求使用钢芯钢丝绳。使用时要注意调节一个吊点的多根钢丝绳承载,使各钢丝绳尽量做到受载均匀。 潜孔弧门卷扬启闭机的共同问题是动滑轮组吊耳(或吊杆)与弧门吊耳连接部位有相对 转动,因此该处应设有轴套和润滑点。当采用常规的平面闸门卷扬启闭机时,由于吊点在升降过程中前后摆动,要注意防止钢丝绳和定滑轮组支承梁的干扰,特别是采用系列通用的启闭机时,有时需要对支承粱下翼缘进行处理。 当将定滑轮组设置在定滑轮支承梁下部或在定滑轮组支承梁下部设置导向滑轮(如葛洲 坝水利枢纽工程泄水闸门启闭机)时,要注意平衡滑轮及通过平衡滑轮上的钢丝绳与支承梁下部的滑轮或钢丝绳发生干扰。陕西省石砭峪水库采用QPQ2340t 启闭机启闭泄洪洞737-36m 弧门中发生支承梁下部的滑轮与平衡滑轮干扰。另外,由于在支承下部设置滑轮,所 以应注意对其润滑系统的布置。此外,这种布置方式对定滑轮(或导向滑轮)的检查、维护较为困难。 至于弧门启闭机的其他型式:包括液压式,链式启闭机等则在有关章条中介绍。 5.2.7 本条提出的对于启闭升卧式闸门的卷扬式启闭机的要求是根据河北省水利水电勘测 设计院提供的资料编写的。该院用此门型建闸40 余座,其启闭设备用过液压式、台车式和卷扬式等启闭机,用得最多的是固定卷扬式启闭机。本条叙述了启闭机的有关布置注意事项,以供设计人员在设计时参考。 5.3 螺杆启闭机 螺杆启闭机主要用于小型的水利水电工程中,其特点是造价低,制造技术较简单,地区 和县所属水利机械厂均可生产,便于订货,所以容易得到推广。在运行中根据了解常有螺杆压弯现象,这主要可能有下列因素造成,即:过载保护装置没有调整好,故未起作用;闸门摩阻力过大;行程开关未调整好,使闸门到达底槛后继续下压等。因此螺杆启闭机的安装、调整和试运转甚为重要,有关人员应引起注意。 5.4.1 单作用式的液压启闭机如因维修、安装等需要,也可在油路设计中考虑能对油缸上腔适当加压。据了解主要是某些单作用式的油压启闭机因活塞阻力较大,靠活塞杆自重无法外伸,因而影响安装和检修,但工作时活塞杆不承受压力。这类活塞杆的长细比可以按受拉计算而不必按受压计算,这就可以加大长细比,减轻自重,简化机构。此外,如果仅由于安装时需要,也可考虑采取临时措施解决。 5.4.2 根据华东勘测设计研究院在福建沙溪口水电站表孔滥洪道弧形闸门采用液压启闭机 的实践运行,证明双缸液压启闭机操作弧门,一般不需专设同步系统。这是由于弧门具有足够的平面和空间刚度,不可能因吊点在启闭过程中的同步误差而出现卡死现象。苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中也提及“非同步液压启闭机用以操作金属结构刚度大的闸门(如弧形闸门)或孔口的高跨比大于1 的平面闸门。这时将一对油缸的油路同时接通这种措施足以保证闸门无歪斜地运动”。由于我国这方面实践经验尚不多,所以仅提及启闭弧形闸门时,可以不设专门的同步装置。至于平面闸门的启闭,待实践运行总结后再进行补充。 5.4.3 本条提出了油泵型式和规格的选择依据。液压启|闭机的油泵选用目前逐渐趋向于要 求压力高、供油量较大的油泵。在已设计的工程中选用的油泵主要是叶片泵和柱塞泵。叶片泵结构紧凑,外形尺寸小,运转平稳,输油量均匀,脉动及噪音较小,耐久性好,使用寿命长,价格较柱塞泵便宜,主要用于中压液压系统中。柱塞泵寿命长,结构紧凑、噪音小,但结构复杂,价格较贵,可以得到高压,大流量,且流量可调,故主要用于高压液压系统中。 5.4.4 由于我国目前液压启闭机造价较高,一般都是用在泄水系统或发电系统的重要部位。油泵装置占启闭机总投资较少,为安全运行起见,故宜设置两套互为备用。此外,如系统的流速,流量等许可,还可考虑并联工作,加大流量,提高闸门的启闭速度。 5.4.5 插装阀是一种新型的液压控制元件。这种阀具有组合机能强,集成度高,噪声低,密封性好,结构紧凑,便于维护等优点。选择不同结构及型式的先导控制阀,控制盖及集成块与插装件相组合,便可获得具有换向、调压、调速等功能的插装阀组。在水利水电工程中,已逐步开始使用,如葛洲坝1#船闸的充、泄水阀门启闭机液压系统和广西桂平船闸人字门及充、泄水阀门启闭机的液压控制系统,据了解运行情况良好。与普通滑阀液压系统相比,阀组体积小、噪声低,基本无泄漏,被控制闸门的运行平稳可靠,动作灵敏,由于是无管路连接,检修相当方便,显示了其明显的先进性,特别是用于高压大流量的水利水电工程的液压系统中,更能充分发挥其特长。 5.4.6 液压启闭机的安全(溢流)阀主要用于超载等方面原因引起的泄流,为安全起见,因此在一般情况下不应动作。而行程限位则可能是经常性的动作,如闸门到达底槛,行程控制装置就应动作,切断电源,使其处在设计要求的位置上。所以本条提出行程限位应设行程控制装置,而不是采用安全(溢流)阀。 5.4.7 液压系统的试验压力,根据化学工业出版社出版的《机械设计手册》(下册)规定:系统的试验压力为最大工作压力的1.5 倍;油缸的耐压试验压力当工作压力P≤16MPa 时为 工 作压力的1.5 倍,P>16MPa 时为1.25 倍,保压时间为2min。由机械工业出版社出版的《机械工程手册》补充本(二)中提出液压缸的耐压试验取额定压力的1.5 倍,耐压时间为2min。苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中提出安装完毕后全系统最大试验压力为额定压力的1.25 倍;在《水工建筑物金属结构制造安装及验收规范》(SLJ201—80,DIJ201—80)中提到如图纸无规定则油缸组装后按额定压力(启门力)试压10min,各类阀按1.25 倍工作压力试压, 在《水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范》(送审稿)5.1.6 条中提出液压缸的耐压试验 的额定压力P≤20MPa 时,试验压力为1.5 倍;P>20MPa 时,试验压力为1.25 倍,保压时 间为2min 以上。综合上述意见,我们采用了5.4.7 条的值,即液压系统取系统最大工作压力的1.5 倍,油缸的最大工作压力P≤16MPa 时取1.5 倍,P>16MPa 时取1.25 倍,保压时 间为2min 以上,其中压力分级系按(JB824—66)标准划分,即中压P>2.5~8.0MPa;中高压 P>8.0~16MPa;高压P>16~32MPa;超高压P>32MPa。5.4.7 条的提法既考虑了油缸工作压力划分符合一般液压系统的压力划分,也考虑了液压启闭机的具体情况。 5.4.8 本条关于液压启闭机活塞杆的防腐蚀问题必须重视,由于活塞杆长期处在潮湿的环境之中,有的工作在水中,如果不防锈则液压启闭机的寿命很短,腐蚀后引起密封破坏以至严重漏油到无法使用。所以本条要求必须遵照执行。 5.5.1 链式启闭机作为启闭机的一种型式,在西欧用得较多,在国内虽然50~60 年代己经使用(如佛子岭水库),但并不广泛。这主要是大容量的链条价格较贵,由于使用数量较少,链条制造厂就不愿生产(目前较多的用在冶金工厂的锻造起重机)。链式启闭机由于链轮直径小,所以其载重部件可以布置得比较紧凑;在水下工作时,链条要比钢丝绳耐久。但由于它的造价比卷扬式启闭机贵,所以较少采用,只有当布置上的要求和综合费用比较便宜时,可以使用。作为一种机型,我们仍把它列入规范。 5.5.2 链式启闭机起吊闸门的提升速度要求不大于1m/min,主要是为了操作闸门能平稳升降。由于链条经过链轮的逮度是变动的,由此产生动力荷载,为减少动力荷载,同时也可获得紧凑的结构,以降低造价。 5.5.3 为保证链条启闭机的二个吊点同步升降,因此应有可靠的同步装置。在条件许可下,最简单的办法就是机械同步(加同步轴),但有时需要有工作桥。如无工作桥时也可考虑采用电气同步(如采用绕线式电动机时,可再增加一个辅助电动机,以使其获得同步转速)。总之,不管那种同步方式,只要实现同步以防止闸门歪斜而卡住都可采用。 5.5.4 链式启闭机在启闭闸过程中,应尽量防止链条与水接触,这一方面可以减少锈蚀,保护链条。同时又可防止水冲击链条而引起不必要的振动。 5.5.5 本条提出除了5.5.4 条避免链条与水接触外,还应有防锈蚀措施,用以防止链条每节之间锈蚀而不能转动。 5.6.1 本条提出移动式启闭机的跨度确定除了应尽量满足附录A 的规定外,尚应满足跨内、跨外的启闭闸门要求,即能在设计要求下,满足操作各类闸门的启闭和吊运。工作平台(坝顶或尾水平台等)以上扬高,主要考虑某些闸门需吊出孔口(整体吊出或分节吊出),当然在确定移动式启闭机的外形尺寸时,对于门机要考虑其高跨比,对于台车启闭机则应考虑排架高度。 5.6.2 移动式启闭机的工作荷载分为启闭荷载和走行荷载。在很多情况下,二者值是不一致 的,有时相差很多。因此在确定最大启闭荷载和最大走行荷载时,应对所有工作对象(闸门和拦污栅)的启闭力进行比较,以确定其最大启闭荷载;对所有工作对象的自重(如闸门和拦污栅有分节吊运的,则按分节吊运计算自重)进行比较,以确定其最大走行荷载。根据上述两类荷载对有关零部件进行计算。如走行轮的轮压当进行强度计算时应以启闭荷载为依据;当进行疲劳计算时应以走行荷载为依据。在结构的荷载组合时同样应分别考虑这两类荷载。 5.6.3 对于移动式启闭机的控制操作,国内已建成投入运行的设备几乎全部是在机上直接操作,这主要是因为操作闸门时,需要监视与闸门的连接以及有无其他事故发生,所以工作现场总是有人员在,一般不需采用无线电遥控或者远距离操作。当然有必要也可采用非机上操作。 5.6.4 根据国内水电工程的实践,有时要求移动式启闭机在一个曲线弯道上运行,如龙羊峡、白山等水电站。这类设计从理论上说较为简单,只需改变在两条轨道上的走行轮直径,同时将其布置垂直于轨道(即其走行台车的台车架中心线与曲线轨道的切线相平行)以及适当加 宽走轮踏面,这样布置一般不容易啃轨。李家峡水电站要求坝顶门机在坝顶(三心圆拱坝)的二个弯道半径上移动,我们委托了上海交通大学起重运输与工程机械教研室进行了研究并作了1:10 的模型试验,研究结果和试验表明采取一些措施(如走行台车允许绕立轴转动以及加上一定电气措施)是可以做到移动时不啃轨的。这样做法,可以节约工程投资和增加安全可靠性。由于国内尚无实践经验,所以规范条文的提法比较原则,其具体措施也不再在规范条文中提及。 5.6.5 根据有关省设计院的实践,小容量移动式启闭机选用电动葫芦是比较经济的,但由于电动葫芦主要应用在工厂,所以其起升速度和走行速度不一定能完全符合启闭闸门要求,操作时要注意。此外,当为两吊点时,其同步升降比较困难。 5.6.6 关于移动式启闭机抗倾覆稳定性的验算工况,根据启闭机的特点并参照《起重机设计规范》表10 的验算工况提出启闭机的3 种验算工况。“荷载系数”表5.6.6-2 是考虑到表5.6.6-1 的“验算工况”及《起重机设计规范》表11 荷载系数中起重机组别Ⅲ(场地固定的桥式类型 的轨道起重机,如门式起重机和装卸桥等)提出:自重系数为0.95;荷载(启闭荷载和走行荷载)系数取1.4、1.2 和0;风力系数取0、1.0 和1.15。 5.6.7 启闭机的防风抗滑安全性按两种工况进行验算,即按正常工作状态和非工作状态,现分别叙述如下。 5.6.7.1 在正常工作状态时按本规范5.6.7.1 条进行计算。规范中表5.6.7“走行摩擦阻力系数”是摘录《起重机设计规范》表12。这里是作为防风抗滑安全性的验算,所以走行摩擦阻力系数应理解为可能产生的最小走行摩擦系数。当制动力P z1 大于车轮与轨道的粘着力时, P z1 用粘着力代替,此时的粘着系数取0.12 也是按可能发生的最小粘着系数选取,而没有区分室内和室外。 5.6.7.2 非工作状态时按本规范5.6.7.2 款进行验算,此时轨道和夹轨钳(表面有刻痕并经淬火的)的摩擦系数取0.25,最大操作力不得大于200N,此值摘自《起重机设计规范》2.3.22 条。《起重机设计手册》提到:对于无齿纹未经热处理的45、50 号钢的钳口,其摩擦系数取 0.12~0.15;对有齿纹,65Mn、60Si2Mn 钢,齿面淬硬HRC≥55 的钳口,其摩擦系数为0.3~ 0.35,齿峰不尖或变钝后,也可降低( μ≈0.2)。比较两者,考虑到移动式启闭机和其他轨 道 式起重机相比,其工作频繁程度较低,此外,由于启闭机的工作条件和工作对象相对稳定,所以决定摘录《起重机设计规范》所采用之值。 5.7.1 关于启闭机的制动装置,特别是卷扬式启闭机的起升机构必须设置安全可靠的制动装置。60 年代初期吉林云峰电站发生过台车式启闭机起升机构制动失灵,使闸门坠落、启闭机电动机飞逸事故。对于链式、盘香式启闭机的制动装置,均应予以重视。液压启闭机由于主要靠控制油量和油速操作闸门升降,所以一般情况下就不存在闸门坠落问题。螺杆启闭机一般靠螺杆传动的自锁来控制闸门位置,如不能自锁也应设置制动装置。此外,启闭机的其他机构(如走行机构、回转机构等)也应有制动装置,以便于控制位置和防止事故。 5.7.2 起升荷载限制器在大多数启闭机械中是需要装设也是可以装设的,但其要求可不一致,有的要求在提升时起作用,有的则要求下降时起作用,有的要求在上升和下降容量不同的情况下分别起作用,这些均可通过和起升荷载限制器联通的电气控制回路达到目的。起升荷载限制器也是启闭机的主要特点之一,所以一般均应安装,如有特殊工况(无法安装或者安装后易引起启闭事故)经有关部门充分论证后也可以不装设。 5.7.3 启闭机的起升机构、走行机构、回转机构等的运动行程,一般情况下均应有所限制,故要安装相应的行程限制器。对起升机构来讲,应考虑控制上、下极限位置,如在上、下极限位置之间还有要求的,也应予以满足。装设在门机支腿上的回转吊,其回转行程无法超过270°,所以也应设回转行程限制器。同佯对于在轨道上行走的移动式启闭机,其端部应装设行程限制器。 5.7.4 在一般移动式启闭机中两端除了安装行程限制器外,尚应装设缓冲装置。但对于大容量的移动式启闭机(如门机),其设置的缓冲装置位置较高,重量既大,又不美观。特别是坝顶门机的两端撞头,有时达数米之高,且妨害交通。所以我们在某些电站的坝顶门机设计中取消了缓冲器的撞头,将端部轨道向上倾斜并连接圆弧形轨道,使启闭机的动能转变为势能。这种做法不但有利于交通,还可节约钢材,并达到缓冲目的。所以在本规范中予以推荐。5.7.5 室外移动式启闭机应安装风速仪,这是因为水利水电工程大多在深山峡谷之间,风大、门机自身易于挡风,所以要求当风速大于工作极限风速时,能发出停止作业的警报,并切断走行机构电源。当为电动夹轨器时也可和夹轨器联动。 5.7.6 《起重机设计规范》提出:对塔式、造船用门式或门座起重机,当非工作风压超过600N/m2 时,他起重机超过800/m2 时,必须装设牵缆或其他型式锚定装置。考虑到水利水电工程用移动式启闭机一般比前者低,相对稳性较好,和后者相比所处位置易承受风压,所以选定非工作风压超过700N/m2 时,必须装设牵缆或锚定装置。 5.7.7 有关电气保护装置详见本规范的电气部分。 5.8.1 液压穿轴式自动挂脱梁是利用电动机——油泵将压力油压向销轴,将销轴推入轴孔或推出轴孔。这种型式是60 年代从苏联引入,首先使用在三门峡水利枢纽中,适用于操作大、中型的闸门,但必须有可靠的密封装置和防水插座,防止电气部分浸水失效。此外,也应注意电缆的强度,当扬程较高时,电缆的强度应能承受电缆自身的重量,否则在升降过程中,电缆遭受破坏,而使挂脱梁失效。 5.8.2 机械式自动挂脱梁的型式较多,近年来由于各水利水电工程投入运行后的局部改造,根据各工程的运行要求,对原有的抓梁作了不少改进,并不断刨造出新的型式。本规范仅从大的方面提出三种型式,即:①重锤式自动挂脱梁;②挂钩式自动挂脱梁;③挂脱自如式自动挂脱梁。 5.8.3 自动挂脱梁有很多优点,因此目前在大、中、小型工程中都广泛使用。但设计时必须注意使用条件,否则容易引起失败。如闸门为下游止水,且水深超过潜水员通常的潜水深度时要特别注意其可靠性,否则发生事故时处理相当困难。对于多泥沙河流,要注意泥沙有无 可能将吊耳或门顶淤住,以至于无法自动穿轴。对操作多孔闸门或拦污栅,应适当提高门槽或栅槽的施工安装精度等等。总之在设计自动挂脱梁时:①是要注意使用条件;②是要提出对闸门(拦污栅)及其门(栅)槽的施工安装精度;③对自动挂脱梁本体设计应予以充分的重视,否则易造成失败。 6 荷载 6.1 自重荷载 启闭机的自重荷载主要用来计算启闭机的不同部位。如卷扬式启闭机在计算起升机构 时,除了启闭荷载外尚应包括动滑轮组及吊具的重量,对于大于50m 的高扬程还应增加钢丝绳重量,计算机架时则要把设置在机架上的机械设备(如有电气设备也应加上)和机架的自重予以计入。计算门机时,对于大车架主梁的活动荷载,按小车轮压计入;当计算大车轮压时,则应把大车架、小车和大车上的各类设备自重(也包括压重)均按自重荷载计入。 6.2 启闭荷载 由于启闭力在启闭过程中是变化的,所以这里所指的为在启闭过程中可能发生的最大计 算启闭力。考虑了各种类型启闭机,故明确将其作用荷载位置统一到启闭机与闸门(如有吊杆、自动挂脱梁,则为吊杆或自动挂脱梁与启闭机下吊耳连接处)连接的吊耳上。对于卷扬式启闭机即指动滑轮组吊耳与下部连接处。液压启闭机、螺杆启闭机则指活塞杆下部吊耳和螺杆下部吊耳。链式启闭机则指与闸门吊耳或固定在闸门上的滑轮所承受的荷载。如某些移动式启闭机在编制设计任务书时,其启闭荷载中没有包括自动挂脱梁的自重,那么应该在任务书中注明,以便设计部门可以把该部分的重量计算进去。 6.3 走行荷载 水利水电工程中启闭荷载和走行荷载其值往往不一致,有时可以相差一倍以上,这一特 性是启闭机所特有的。所以在设计移动式启闭机时,应单独作为一个荷载因素提出,以便在使用荷载进行强度计算(如走行轮)或在荷载组合中加以考虑,使启闭机设计更加符合使用情况,同时还能节约钢材。 6.4.1 走行惯性力等于启闭机自身质量和行走时允许携带的荷载(走行荷载)和走行加速度 乘积的1.5 倍,系数1.5 是参照西德标准DIN15018 规定:是考虑动力对结构产生的效应。《起 重机设计规范》中也乘以系数1.5。 6.4.2 回转吊回转运动时的水平力,其吊重绳偏摆角αⅠ、αⅡ系参照《起重机设计规范》附录D 中有关数值。系数1.5 也是参照西德标准DIN15018 规定。《起重机设计规范》中也 乘以系数1.5。 6.4.3 移动式启闭机由于制造、安装上的原因,实际上在走行时不可能是一条直线或规定的曲线,而是不规则的折线或曲线。因此在走行时必然有偏斜现象出现,也就是发生水平侧向力,其计算可参考本规范附录B。 6.5 碰撞荷载 碰撞荷载的值取决于设备的自身质量、走行荷载和走行速度。《起重机设计手册》提到 对于桥式类型起重机,可取V0=(0.3~0.7)V 额,对于高速走行的装卸桥小车或全部是驱动轮的起重机,可取V0≈V 额(V 额——额定走行速度)。《起重机设计规范》则提出不小于额定走 行速度的50%。据了解“不小于0.5 倍的额定走行速度”是根据我国历年起重机的经验和产 品的实际情况提出的。考虑到水利水电工程用的移动式启闭机,作为工程的永久设备其走行 限位开关均应齐全,且走行速度一般在20m/min 左右,和其他起重机相比速度较低,但其重要程度较高。所以本规范取不小于50%的额定运行速度作为碰撞速度,这也和《起重机设计规范》相一致。 6.6 风荷载 计算风压q 的基准面,按照我国有关规定是按空旷平地,离地10m 高处的计算风速来 确定。工作状态的计算风速按阵风风速(即瞬时风速)考虑,非工作状态的计算风速按2min 时距平均风速考虑。苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中q 的基准面按最低水位算起,但 这种情况甚少出现,而最低运行水位出现情况可能较多。我们认为在水利水电工程中,如按离地10m 高(如坝顶门机按坝顶高程,尾水门机按尾水平台高程)作为计算风压q 的基准面,似乎并不安全。按最低运行水位(如坝顶门机按上游最低运行水位,尾水门机按尾水最低运行水位)可能比较接近实际情况。所以在本规范中制定为:移动式启闭机按最低运行水位为基准面进行计算。 表6.6.3 风压计算值是摘录《起重机设计规范》表4,其中台湾省及海南省原为台湾省 及南海诸岛,由于我国行政区变动,海南岛及南海诸岛划为海南省,故改为现在名称。 各国使用的工作风压值如下: 国别内陆风压(N/m2)沿海风压(N/m2) 西德250 250 苏联150 250 日本170 170 英国250 250 美国250 250 法国250 250 中国《起重机设计手册》150 250 中国《起重机设计规范》150 250 从上面风压值可以知道各国的工作风压大体上比较接近。本规范使用的工作风压大体上 可以概括为:内陆的工作状态计算风压相当于5~6 级风(风速为15.6m/s),沿海的工作状态计算风压相当于6~7 级风(风速为20.19m/s)。但很多情况下,水利水电工程各类资料较完整,因此可以参照当地多年气象资料进行计算,确定计算风压。 工作状态计算风压不考虑高度变化,主要是使计算工作简单化和偏于安全,我们要求在 门机顶部装设风速仪来限制工作时的风速不超过工作要求的极限值。 计算非工作状态风压时,按照习惯,沿高度划分成20m 高的等风压区较合适,因为划 分过细使计算繁琐,划分过粗则误差太大。 表6.6.5 所示风力系数C 摘自《起重机设计规范》表6。风压高度变化系数K h 见下表。 风压高度变化系数K h 离地(海)面 高度h(m) ≤10 20 30 40 50 60 70 80 陆地 3 . 0 ) 10 ( h 1.00 1.23 1.39 1.51 1.62 1.71 1.79 1.86 海上及海岛 2 . 0 ) 10 ( h 1.00 1.15 1.25 1.32 1.38 1.43 1.47 1.52 离地(海)面 高度h(m) 90 100 110 120 130 140 150 200 陆地1.93 1.99 2.05 2.11 2.16 2.20 2.25 2.45 3 . 0 ) 10 ( h 海上及海岛 2 . 0 ) 10 ( h 1.55 1.58 1.61 1.64 1.67 1.69 1.72 1.82 注:计算风荷载时,可沿高度分成20m 高的等风压区段,以各段中点高度的系数K h 乘 以计算风压。 6.7 温度荷载 温度荷载一般不考虑,这是因为启闭机的支承跨度一般均较小,温度变化影响不大。 6.8 安装荷载 安装荷载应考虑,这是因为在安装过程中,一方面要把风荷载予以考虑,同时要考虑安 装时要起吊的部件、构件吊点位置的强度和对其自身可能产生的变形,这些在设计时应加以考虑。 6.9 雪荷载 我国地域旷大,南方炎热,北方和西北方寒冷,因此雪荷载应根据当地情况考虑。 6.10 坡度荷载 坡度荷载在《起重机设计规范》中规定为:当坡度为0.5%以下时可不计算坡度荷载。 欧洲的有关规定:轨道端面与理论位置相比,其纵向和横向的倾斜量不应超过0.3%,在轨道总长度内,最大侧向允差为±10mm,在2m 的轨道长度范围内,不应超过±1mm。《水工 建筑物金属结构制造、安装及验收规范》(SLJ201—80,DLJ201—80)表9.1.3 中的要求远较《起重机设计规范》严格,如轨道纵向不平度小于1/1500 且全行程不超过10mm,轨道横向不平度为1/100 轨宽。在本《规范》中确定坡度不超过0.3%时可不计算坡度荷载,也就是在一般情况下可以不计算坡度荷载,如有需要也可按0.3%计算。 6.11 地震荷载 根据有关资料介绍,由于水库的形成有时诱发地震,所以在启闭机设计中,应根据当地 有关资料以决定考虑与否。苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中提出,“当启闭机所在地区的震级大于6 级时,应考虑地震荷载,并按建筑法规(CHиП)Ⅱ—69 计算”。苏联1971 年出版的《起重机手册》中提到:“在地震区安装高架起重机应考虑水平地震荷载作用。水平地震荷载P=K2G,式中:G——起重机自重或所考虑部分的重量;K——与地震烈度有关的地震系数,7 度区:0.025,8 度区:0.05;9 度区:0.1”。在日本的工业规范JISB8821—1976 《起重机钢结构部分计算标准》中提到:“对运行起重机、固定起重机均按20%自重的水平 荷载考虑。但不考虑用钢丝绳悬挂的物品的水平荷载。”考虑了上述情况,本规范规定:“当启闭机工作地区的地震烈度大于或等于7°时,应考虑地震水平荷载。 6.12 试验荷载 为防止启闭机调试和安装中存在的问题发生,故在正式使用前,应进行动载和静载试验。一般情况下,应尽可能使用试重块进行试验(龙羊峡5000kN 门机采用试重块试验),不要采用闸门自身进行试验,这是为了防止发生意外。对于机构自身的试验,可以考虑单股绳取消滑轮组的办法进行。但对于结构部分这种试验方法,无法直接达到试验目的。对于大容量的移动式启闭机如各方面条件限制实在无法采用试重块进行试验,也可考虑采用液压测力计进行试验,但无法进行动载试验。为达到试验目的,试验必须制订详细的试验规程,明确加载位置、加载次序、加载时间和方法等。 液压启闭机的试验分为系统试验和缸体试验,按试验压力进行,不按本试验荷载进行试验。 7 材料 7.1、7.2 这两条为启闭机常用的铸、锻件材料,包括铸钢件、铸铁件、铸铜件和锻钢等。由于启闭机的材料使用品种较多,同时材料品种发展也较快,所以在《规范》中所列出的仅为常用的各种材料,根据我国新材料发展情况,对于未列出的或者其他新型材料,也可根据不同情况使用。 7.3 金属结构材料 在本规范中列出的为目前启闭机常用的结构材料:Q235 和16Mn,至于其他材料如 15MnTi 和15MnV 等因过去使用不多,所以在本规范中未予列出,如有需要也可使用。7.4 连接材料 连接材料分为焊接、铆接和螺栓连接三部分。焊接用焊条应选择与主体金属强度相适应 的牌号,对于Q235 则选择GB5117《碳钢焊条》中E43 焊条系列,对于16Mn 钢则选择E50 焊条系列,当Q235 与16Mn 钢焊接时,从连接韧性和经济方面考虑宜用E43 系列的焊接材 料。铆接连接目前在启闭机设计中已很少采用,考虑到过渡阶段还有采用的,所以铆钉材料本规范也予列出。螺栓连接包括一般螺栓、不锈钢螺栓和高强度螺栓3 种,其材料性能都按 有关国标要求列出。 8 机构 8.1.1 起升机构电动机的选择,主要是考虑:①按荷载值及启闭速度确定功率;②根据启闭机的类型选择电动机型式。 由于闸门在启闭过程中,启闭荷载是随着不同开度而变化。如果采用最大启闭荷载作为 计算电动机容量的依据,则一般可不校验过载和发热。当荷载按等效的启闭荷载(如采用分段计算启闭荷载)作为计算电动机容量的依据时,特别是高扬程启闭机,则应校验其过载和发热。 除液压启闭机外,一般启闭机的起升机构电动机选用,应考虑满载启动、短时或断续工 作制,所以选择冶金及起重用电动机。液压启闭机系为空载启动,所以可选用一般类型(如Y 型)、不要求调速的、可连续运转的异步电动机。 启闭机起升机构的速度一般均不太大(除有快速下门要求的启闭机外),大多数在1~ 2.5m/min 范围内,因此平均加速度一般情况下不会太大。平均加速度如果太大则易造成过大冲击,参阅《起重机设计手册》,可以认为机构的平均加速度,在一般情况下小于0.3m/s2 是合适的,对启闭机而言也是可以达到的。至于快速闸门启闭机,由于其快速下降速度由孔口高度和关闭时间决定,应在满足关闭时间的要求下,尽量加长起动时间,以求得运行平稳。启闭机起升机构电动机的选择,还应考虑其工作方式及闸门的工作性质。现按一般情况 提出如下意见供参考, (1)按最大启闭荷载计算的低扬程启闭机,其电动机可考虑按FC=15%或按10min 短期 工作进行选择。 (2)按最大启闭荷载计算的高扬程启闭机,其电动机可考虑按FC=25%或按30min 短期 工作选用。 (3)按等效启闭荷载计算的启闭机,其电动机一般可按FC=25%或按30min 短期工作选 用。如其工作较为频繁,则可上提一级即按FC=40%或按60min 短期工作选用。 (4)对于海拔高于1000m 的使用场地,则应考虑适当加大电动机容量。 (5)当启闭机工作级别为Q1 时,一般可按FC=15%或按10min 短期工作选取;为Q2 时 一般可按FC=25%或30min 短期工作选取;为Q3 时一般可按FC=40%或按60min 选取;当 为Q4 时,一般可按FC=60%或90min 短期工作选取。但如何选用,应视具体情况而定,不 能完全照套。 8.1.2 除液压启闭机和螺杆启闭机外的其他起升机构,制动器是必须设置的安全装置,其型式应是常闭式的支持制动器,这是保证在停电状态下,机构始终处于制动状态,使荷载不会自动坠落。由于制动装置的选择一般是以最大外荷载为依据,所以制动安全系数是比较安全的。 8.1.3 减速装置。对于启闭重载的启闭机一般均有减速器(一台或二台)和开式齿轮传动组成。由于减速器专业标准已有如“起重机减速器”、“ZQ 型减速器”等,所以选用标准减速 器便于设计制造和降低成本。对于开式齿轮单级传动比i 根据我们的实践一般都不超过6,同时查阅了已制造过的二级和三级减速器,其传动比的分配,推荐采用i≤6.3。当然实际设计中也有大于6.3 的,但仅是极少数而已。 8.2.1 走行静阻力包括摩擦阻力、坡道阻力和风阻力。 由于移动式启闭机一般情况下为有轨移动,所以其摩擦阻力包括带载走行时车轮轴承中 的摩擦阻力,车轮踏面沿轨道的滚动阻力和由于走行时偏斜(总是不可避免的)引起的轮缘沿轨道侧面的附加摩擦阻力3 部分,这3 种摩擦阻力之和可以下式表示。 F Q G d k D C f = + × + ( ) 走0 2 μ 式中F f——三种摩擦阻力之和; Q 走——走行荷载; G0——启闭机(或小车)自重; D——车轮直径; μ——轴承摩擦系数:滑动时μ=0.08;滚动时μ=0.015; d——轴承内径; k——车轮沿轨道的滚动摩擦力臂,可取k=0.5mm; C——侧向附加阻力系数,C=1.2~1.8。 坡道阻力按本规范6.10 节规定:其坡度不超过0.3%时,一般可以不加考虑,这是因为 电动机有一定的超载能力的缘故。 风阻力按本规范6.6 节规定执行。 8.2.2 由于电动机的选择是由走行荷载时产生的摩擦阻力、坡道阻力、风阻力和走行速度、机构效率等决定的,所以在一般情况下,电动机应校验过载和发热,如行程较短,也不一定非要验算。 8.2.3 走行机构制动器的选择,既要能满足在一定时间或一定距离内停住,又要满足尽量减少冲击力以及避免驱动轮与轨道间打滑。 据我们了解,有些运行单位由于启闭机走行制动的冲击力较大,因此把制动器完全松开,这样做法也是不合适的。正确的做法应适当调整制动力矩以满足上述要求。 8.2.4 打滑验算的粘着系数,其值取自《起重机设计规范》和《起重机设计手册》。 8.3 回转机构 因回转吊多设置在门机上起吊拦污栅或其他较小荷载,因此回转机构的速度不要求太 高,主要是考虑回转时平稳。参照《起重机设计规范》中提出的推荐值,即:“对于回转速度较低的安装用起重机,此值根据起重量大小为0.1~0.3m/s2”。荷载大者可取小值,荷载小 者可取大值。 制动器的选择,国内外较多的选择可操纵的常开式制动器,以使制动平稳准确。但常闭 式制动器在启闭机中比较习惯使用,启闭机的回转机构一般速度低,没有工作效率要求(如需兼作施工起重设备用,则另当别论),所以也可使用常闭式制动器,但应控制其减速度在0.1~0.3m/s2 范围内。 极限力矩联轴器主要应用在有自锁可能的传动机构中,如蜗轮蜗杆传动机构,这是因为 当紧急制动时,如果没有极限力矩联轴器,而机构自锁,制动器与制动盘不能打滑,传动机构就要承受特大的冲击荷载,甚至引起破坏。但对非自锁的传动机构,如齿轮传动机构,当紧急制动时,力矩超过制动力矩,制动器打滑,即可起到保护作用,如果回转臂架在回转过程中磁到障碍物,无法继续回转,此时传动机构所承受的为电动机最大力矩,传动机构应验算这一工况(即事故状态下)的静强度,确保传动机构不至破坏。 8.4.1 液压系统的一般布置,主要是根据水利水电工程的实践提出。液压启闭机一般安装在潮湿地带,局部设备有可能被水淹没;有的泵站和油缸需分开布置(如一个泵站操纵多台油缸),因此管道较长,有些需要调整或监视的液压件应布置明显位置并便于操作等;此外还应考虑通风、保温和排水的措施等。 8.4.2 油箱是设计时需要注意的事项。一般情况下油箱设计的强度均可满足,但运行要求容易被忽略,故本条把应该满足的运行要求列出,供设计者设计时注意。 8.4.3 液压油主要根据使用要求提出,特别是对于油的纯净应引起注意,当液压油含有机械杂质和水份时,有可能造成阀组漏油或者密封破坏,甚至局部锈蚀。 表8.4.3 液压油的推荐粘度范围是摘录机械工业出版社1989 年1 月出版的《机械设计师 手册》有关液压油的粘度表。 8.4.4 表8.4.4 摘自《机械设计师手册》表4-5-1。 8.4.5 在设计液压系统时,选定油压应考虑系统的压力损失,否则会出现启闭力不足的情况。当液压系统工作较频繁时(一般情况很少碰到)则应计算发热。 8.4.6 一般情况下可以不进行泄漏和液压冲击计算。 8.5.1 零件的计算方法,本规范采用一般通用的方法,即静强度计算和疲劳强度计算两种。静强度计算对于大多数的启闭机零件来说是需要的,但由于启闭机的部分零件为高速传动 (如高速轴),其总循环应力次数往往超过疲劳循环次数107,所以对某些零件来说要进行疲劳计算。由于启闭机的零件较多,除了上述两类计算外,有的零件还需进行刚度计算,有的要进行稳定计算,这些将在有关零件的计算中提出。总之,不同零件其计算要求也不同。8.5.2.1 (1)起升机构疲劳计算的基本荷载按闸门类别和工作性质确定的启闭力传递至计算 零件承受的力矩或力乘以0.6~1.0 值为计箕依据。当启闭水柱下门的“动下静起”的事故闸 门时,因为下门力为最大启闭力,起门力则较小,因此以最大下门力作为计算依据较为合适;当为检修闸门或工作闸门时,一般情况下是起门力为控制值。值0.6~1.0 主要考虑了最大启 闭力不是发生在启闭全过程,一般仅是在较短时间(如起门开始或接近闭门),水压力为全压情况,所以应考虑闸门工作性质。对于高速轴上的零部件,考虑了动载因素和设计上的习惯,故按电动机额定力矩乘以1.3~1.4。 (2)运行和回转机构的计算荷载,由于其低速运行质量的惯性比机构高速轴上回转件的 惯性大得多。根据《起重机设计计算》一书(胡宗武、顾迪民编著)介绍桥机运行小车的低速惯量与高速轴上的回转件惯性之比为α=2~5;大车运行机构,α=5~15。刚体动载系数. 与计算轴两侧的惯性比α及电动机起动转矩倍数β有关。当β=1.6~2.1,α=5~30 时,可 直接从下图中选用。 图8.5.2 钢体动载系数 8.5.2.2 (1)起升机构的最大荷载的确定,由于荷载限制器在起升机构中作用时,一般均调整在110%基本荷载左右,加之荷载限制器自身的误差及相应的安全度,故选取最大启闭力的1~1.2 倍作为计算依据,该值的选取应与8.5.2.1 款(1)选取对应,即大者选大值、小者选小值。对于高速轴上的零部件考虑到动载因素可按电动机额定力矩乘以1.3~1.4。如果启闭机自身无荷载限制器或为遥控操作的启闭机,其零部件的强度计算应考虑以电动机最大力矩作为计算依据,这作为特殊情况来考虑。苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中提出起升机构要能在超载达25%的情况下工作,这和本条确定的值大致相同。此外,为计算简化起见,不再考虑其他动载系数。 (2)式(8.5.2-2)摘自《起重机设计规范》。 8.5.2.3 本条主要适用在室外工作的启闭机,特别是移动式启闭机,对于某些经常发生的大风区更不应该忽略。 8.5.2.4 特殊荷载包括缓冲器碰撞荷载、安装荷载、试验荷载,上述荷载在一般情况下是不产生的,所以作为特殊荷载对待。 8.5.3~8.5.5 8.5.3 条应力循环次数;8.5.4 条强度极限;8.5.5 条疲劳强度极限是参照起重机设计规范编写的。 8.5.6 强度验算中强度安全系数表8.5.6 摘自《起重机设计手册》。由于启闭机工作场所和工 作对象较差(工作场所较潮湿、维护质量差、工作对象在水下情况不清),因此不选用《起重机设计规范》中的强度安全系数。 8.5.7 磨损计算对于在运行中处于经常摩擦的零件是很重要的,所以本规范予以列上。至于磨损的计算一般早有规定,即验算覆盖面的单位面积的压力强度p 及其与速度v 的乘积pv 值。 8.6.1 吊钩、吊叉与吊轴在启闭机中常用,特别是吊轴用得较多,本条叙明这些零件的常用材料选择和计算方法。 8.6.2.1 本款提出一般宜采用镀锌钢丝绳,主要因为启闭机多使用在潮湿地区,为防止或减 缓钢丝绳锈蚀,采取选用镀锌钢丝绳的措施,但据有关方面反映镀锌钢丝绳订货困难,故本条意见为“一般采用”而不用“必须采用”。采用石棉芯也基于潮湿浸水这一原因。 钢丝绳的强度计算,我们采用习惯的通用方法即F0≥S n,因为这种方法比较简单。另 一个计算方法即国际标准ISO4308—1981 中提到的,我国起重机设计规范中也予以推荐的d C S = 。 式中d——钢丝绳直径,mm; C——与机构工作级别和钢丝公称抗拉强度及钢丝绳构造有关的系数; S——钢丝绳最大静拉力。 上述方法虽为ISO 标准,但计算较为繁琐,故本规范未予推荐。 钢丝绳的安全系数和《起重机设计规范》(GB3811—83)中相比,本规范相对地提高了一级。这是因为闸门荷载在水下,钢丝绳也比较潮湿,苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中提到关于轻级工作制的钢丝绳安全系数不小于5,中级工作制不小于5.5;苏联《起重运输机械》提出对于机动的钢丝绳其轻级的安全系数不小于5。所以本规范中钢丝绳安全系数除Q1 为4.5 外,取Q2 为5,Q3、Q4 为5.5 可以认为是合适的。 钢丝绳与滑轮的偏角在国外的有关设计规范中提出了具体的数值,如英国1974 年出版 的《工业和民用建筑塔式起重机设计规范》BS2799 和《电动桥式起重机规范》BS466—1960 和BS3579 中均提到钢丝绳与滑轮轴相垂直的平面之间的导角,在规定的绳轮比情况下不超过1/12。苏联《起重运输机械结构图册》中提出钢丝绳对于滑轮面的许可偏斜角为6°,苏 联《水工建筑物的启闭机械》一书中提出钢丝绳与滑轮中面的允许偏角γ,根据钢丝绳不压住滑轮轮缘的条件来决定: [ ] tg tg γβ σ = 2K d D k Π 式中β——滑轮槽开口夹角之半为35°; K——钢丝绳刚性系数,取K=1.7; d k/Dбп—— 1 20 1 25 ~ 。 则[tgγ]≈0.10417~0.08334,即γ=5.947°~4.764°。 《起重机设计规范》4.4.2.1 条提出,钢丝绳绕进或绕出滑轮槽时偏斜的最大角度推荐不 大于5°。 综合上述各类规定,同时为简化计算起见,本《规范》提出偏斜角一般不大于5°(1/12)。钢丝绳绕入或绕出卷筒时,钢丝绳偏离螺旋两侧的角度一般不大于3.5°,这是参阅《起 重机设计规范》的推荐值,苏联《起重运输机械结构图册》提出钢丝绳中心线对于卷筒绳槽的许可偏斜角为3°。对于光卷筒和多层缠绕卷筒,钢丝绳与卷筒轴垂直的平面夹角,考虑到直径较大的钢丝绳其僵性较大,《起重机设计规范》和《起重机设计手册》推荐不大于2 °,原水电部启闭机调研组的调查报告推荐不大于2.5°,本规范考虑到多层缠绕多用于高扬程且启闭荷载也较大。即钢丝绳直径较大,僵性也大,鉴于这一情况,推荐采用2°。8.6.2.2 关于卷筒和滑轮的最小缠绕直径,本《规范》与《起重机设计规范》相比较都有适当的加大,这是考虑到在条件许可的情况下,适当加大直径可以延长钢丝绳的使用寿命,同时考虑到工作场地较为潮湿且维护条件较差。苏联《水工建筑物的启闭机械》中提到轻级制工作取卷筒(或滑轮》与钢丝绳直径之比为20;中级工作制取25;平衡滑轮直径允许小20%。本规范取Q1 时为18;Q2 时为20;Q3~Q4 时取25,平衡滑轮直径为D0 min 的0.6~0.8 倍。 8.6.2.3 滑轮材料多用铸铁、球墨铸铁和铸钢铸造。铸铁滑轮(如HT200)的工艺好,易于切削加工,而且对钢丝绳的损伤小,但因强度低且较脆,使用时易引起轮缘破裂。球墨铸铁(如QT40—17)滑轮的工艺性较好,且有一定的强度和冲击韧性,使用时不易碎裂。铸钢(如 ZG230—450 或ZG270—500)滑轮的强度和冲击韧性均较高,但工艺性较差,且由于绳槽表面硬度高,钢丝绳较易磨损。用Q235 钢制造的焊接滑轮,在启闭机设计中很少使用,其特点是重量较轻,其性能和铸钢滑轮相似。80 年代国际上出现了热轧滑轮,我国在1987 年12 月对热轧滑轮进行了鉴定,并已批量生产,其主要特点是:结构合理、强度高、重量轻,比同规格的铸钢滑轮轻40%,切削量比铸造滑轮减少约90%,焊接加工比全焊接滑轮减少约70%,使用寿命比一般滑轮提高1~2 倍。因此热轧滑轮很可能是今后发展的趋势。卷筒材料一般不低于HT200 铸铁,对于大荷载的启闭机采用ZG230—450、ZG270—500 铸钢或Q235,16Mn 钢板卷焊而成。从目前的实践来看,钢板卷焊制造多用于大荷载启闭机中,其 特点是强度高、重量轻,目前有倾向于钢板卷焊制造卷筒的趋势,据了解西德多用钢板卷筒。 8.6.2.4 本条列出卷筒强度计算和稳定性验算的控制条件和计算(验算)内容。计算方法见附 录G。 8.6.3 齿轮与蜗杆传动中要注意如下各项。 (1)材料选择:配对的齿轮,其采用的材料应不同,以避免因使用同类材料引起的胶合。 (2)齿轮传动的齿面类型,大体上可以分为三种情况,即大、小齿轮均为软齿面的齿轮 传动,此时其齿面硬度应有所差别;两者均为硬齿面时,则大、小齿轮的齿面硬度大致相同;当软、硬齿面配对时,则大、小齿轮的齿面硬度相差很大。齿轮工作面硬度及其组合应用举例见表8.6.3。 (3)除了上述3 种齿面类型外,尚有称为“中硬齿面”的齿轮传动,中硬齿面的硬度目 前尚无统一值。其区分是以普通刀具能否加工为准,因此各研究所和制造厂根据各自情况确定硬度HB 值,如洛矿研究所确定中硬齿面的硬度为302~362HB,且大小齿轮齿面硬度差为30HB。 (4)齿轮计算方法:目前国内常用的方法有两种,一为由苏联资料中所介绍的,在《起 重机设计手册》等资料中予以推荐使用的,这种方法自50 年代就在中国使用,基本上是经过考验的。另一种方法是《起重机设计规范》附录中推荐的方法,即ISO 标准齿轮强度计算法,此方法主要是和国际标准相联系,便于国际上的交流,但计算较为繁琐,此两种方法均可用电算程序进行计算,我们在这里不作具体规定。 8.6.4 轴的材料在本规范中提出的为常用的轴材。由于材料工业发展较快,所以不限于提出的那些材料。 对于初步计算的转轴和心轴,其许用弯曲应力值可按《机械设计手册》中列出轴的部分 材料牌号、强度限等选用。 表8.6.3 热处理工作齿面硬度组合举例齿面类型 齿轮种 类小齿 轮 大齿 轮 两轮工作齿面硬度 差小齿轮大齿轮 备注 软齿面直齿调质正火20~25≥(HB) (HB) > HB240~ 270 HB180~ 210 用于重载中 低速 调质 (HB)1min-(HB)2max> 0 HB260~ 290 HB220~ 250 低速 固定式传动装 置 正火HB240~ 270 HB160~ 190 正火HB260~ 290 HB180~ 210 (HB≤350) 斜齿及 人 字齿 调质 调质 (HB)1min-(HB)2max≥ 20~30 HB270~ 300 HB220~ 250 调质HRC45~50 HB270~ 300 表面 淬火调质HRC45~50 HB200~ 230 软硬组合 齿面 HB1>350 (HB2≤ 350) 斜齿及 人 字齿 渗碳调质 齿面硬度差很大 HRC56~62 HB200~ 230 用于负荷冲 击及过载都不 大的重载中低 速固定式传动 装置 表面 淬火 表面 淬火 HRC45~50 硬齿面 (HB>350) 直齿斜 齿 及人字 齿渗碳渗碳 齿面硬度大致相同 HRC56~62 用在传动尺 寸受结构条件 限制和运输机 械上的传动装 置 启闭机的工作小时,按表4.0.2 规定由800~6300h,经初步核算其高速轴零件的循环数 已超过107 次,如高速轴的转速为1000r/min,则800h 高速轴的循环次数n=10003603800=4.83107 次。所以对称循环的许用弯曲应力[ σ.1]在启闭机设计中有必要加以定值。 轴的刚度计算控制数值:最大挠度不超过支点间距的0.0003;支点处由挠曲引起的最大 偏转角不超过0.001 弧度,此二值摘自苏联《起重机构和起重运输机械零件的计算》一书提出的数值。我们对照了化工出版社出版的《机械设计手册》(中册)轴的允许挠度[y]及偏转角[ θ](表8-374),其规定一般用途的轴[y max]=(0.0003~0.0005)l,金属切削机床主轴为0.0002l(l —支承间距);至于偏转角的允许值[ θ],滑动轴承和安装齿轮处用0.001 弧度。两者对比结 果,我们认为选取目前控制值是合适的。许用扭转角按《机械设计手册》(表8.349)注2:“许用扭转角的选用,对于要求精密、稳定的传动,可取[ φ]=0.25~0.5°/m;对于一般传动,可 取[ φ]=0.5~1°/m”。综合上述情况,我们选取[ φ]≤0.5°/m。轴的临界转速计算摘自《起重 机设计规范》4.3.9 条。 8.6.5 启闭机使用的减速器,其特点是短时断续工作,直接满载启动(起升机构经常是带载 启动)。根据使用经验,这种工作方式,容易使齿轮齿面干接触工作而引起严重磨损和胶合。因此根据使用特点提出可另设专用油泵,在机器启动前短时投入运行,对各对啮合齿轮进行喷射润滑,用以改善工作状态。 目前减速器壳体由铸造向焊接发展,据了解西德生产的减速器壳体多用钢板焊接,其特 点是重量轻、强度高,由于启闭机制造厂家目前很少有此条件,故这里不提壳体的制造焊接要求。 起重机用减速器除了ZQ 型尚在使用外(将逐渐被淘汰),目前已有专业标准ZBJ19“起 重机底座式减速器”、“起重机减速器”等,当使用能满足要求时,应尽量选用标准型减速器。 8.6.6 启闭机中使用的联轴器,目前大多为齿轮联轴器(包括全齿轮联轴器和半齿轮联轴器) 和弹性销柱联轴器,本条所列安全系数n 值与《起重机设计规范》4.4.8 条相比,稍有加大。 8.6.7 启闭机中所采用的轴承,除了经常浸水的高扬程启闭机的动滑轮组以外,现在愈来愈多地在其他部位采用滚动轴承。滚动轴承的选用,在已知荷载条件下,可参照滚动轴承计算方法进行选择。滑动轴承主要是验算压强P 及其转动摩擦面的相对滑动线速度V 的乘积。滑动轴承的材料除铜合金外,目前尚有复合轴套和胶木轴瓦,前者有关设计院已在采用,后者较多的使用在钢铁厂中,据介绍其主要优点是价格较低,摩擦系数较铜瓦小,但水电系统目前很少采用。 8.6.8 荷载限制器,作为启闭机的主要特点之一,是比较普遍的。在起升机构中装设的荷载限制器,目前常用的为机械型,其容量控制主要是调整弹簧,由于在现场调整,不可能很精确,本《规范》规定当起升荷载超过额定荷载的10%时发出超载报警信号并切断电源,这和习惯上相一致。有时由于起升和下降要求不一致,则可以考虑分别设置进行控制。有时考虑到闸门下降时被门槽卡住,此时需要也可考虑设置欠载限制器。 电子秤现在已开始作为启闭机荷载限制器使用,它可以数字显示或仪表显示,但维护保 养要求较高,价格较贵。据了解电子秤初期使用一般均较正确且精度较高。但随着时间的过去和维护保养条件较差,往往失去原有的精度。 8.6.9 扬程指示及位置控制是启闭机不可缺少的部分。扬程指示的误差范围为当使用电子显示时一般应控制在50mm 以内,这是考虑卷扬式启闭机的钢丝绳变形和链传动引起的误差。 高扬程启闭机,其钢丝绳长度大,变形误差亦大。对于液压、螺杆和链式启闭机,则其精度完全可以满足在此范围内,而且可以更精确些(如20mm)。对于导流洞封孔闸门,由于封孔需要必须把闸门沉放到底坎,否则容易发生大事故,所以启闭机高度指示精度如果达不到上述要求,则尚应采取其他措施给予解决。 位置控制包括扬程上、下极限位置和某些中间位置(如闸门充水需要)、走行机构的端部 行程限位和回转机构的回转限位,这些安全设备甚为重要(对于扬程的上限位置控制有时搞两套),因此切勿疏忽。 8.6.10 缓冲器虽然不是经常使用,但操作失灵就有可能使用。考虑到行程限位装置失灵的可能,因此在设计缓冲器壳体时按启闭机额定走行速度碰撞时发生的最大撞击力为依据。强度安全系数1.15 取自《起重机设计规范》。缓冲器型式在50 年代时多用木质缓冲器,后来 较多采用弹簧缓冲器,橡胶缓冲器和液压缓冲器则较少使用。 8.6.11 车轮和轨道。 (1)车轮踏面的疲劳计算主要用于启闭机携带走行荷载走行时(计算见附录G3),其中p max 应理解为携带额定走行荷载且小车在一侧位置时引起的大车(或小车)最大轮压,P min 为空载走行时的最小轮压。比较《起重机设计手册》中有关轮压计算方法:其等效走行荷载为Q 等效= ψQ 走,其中取ψ=0.5~0.75,由Q 等效计算等效轮压P 等效。无悬臂时其小车位置取距离支点 1/4 跨度处;当有悬臂时,小车位置取在支承腿上;对于带悬臂吊的,取支承腿上最大轮压的0.75 倍。计算轮压P 计=K1γP 等效,其中K1 为冲击系数,取K1=1;γ值当Q 等效/G=0.5~ 1.1 时,γ=0.86~0.82,当假设Q 等效=0.6Q 走,而Q 等效/G=0.5,此时γ=0.86,当小车位置在1 4 跨 度处,由荷载引起的轮压为 P Q n 载 等= × 3 4 ,式中n 为一侧走轮数 P G n 自重≈ 2 , P Q n G n n Q G 等效 等 等= ×+ = + 3 4 2 4 3 2 ( ) P K P n Q G 计等效等= = ××+ 1 1 086 1 4 3 2 γ. ( ) 今比较 P P P c = + 2 3 max min (起重机设计规范公式) P G n Q n G n Q n n G Q max . ( ) = + = + × = + 2 3 4 2 3 4 06 1 4 2 5 等效 等效 P G n min = 则: 3 2 ) 5 2 ( 2 1 3 2 min max n G Q G n P P P c + + = + = 等效 ) 5 3 ( 6 1 等效Q G n + = 经比较: P n Q G Q n G n 计等效 等= ×+ = + 086 1 4 3 2 0 645 0 43 . ( ) . . P n G Q Q n G n c= + = + 1 6 3 5 0 833 0 5 ( ) . . 等效 等 比较上述两式,显然《起重机设计规范》中的公式(西欧规范中的计算轮压公式)比较简 便也偏于安全。 强度计算荷载为启闭机(小车)在启闭闸门时产生的最大轮压。 本计算方法适用于轨道安装与维护良好、车轮调整正确、直径不超过1.25m 的车轮。如 需要采用更大直径的车轮,则车轮与轨道间的许用压力应降低。 (2)移动式启闭机轨道的选用,根据以往经验,轮压较小的应尽量选用铁路钢轨,因自 重轻,每米价格较便宜。轮压大的则可采用QU 型起重机专用钢轨。电动葫芦采用热轧工字 钢。 有关轨道的计算,这里指的主要是埋设在坝顶或尾水平台轨道的基础为混凝土,所以混 凝土承压应力是作为计算的主要内容。此外,轨道颈部的挤压应力、轨道横断面的弯曲应力和轨道底板的弯曲应力,这在一般起重机设计计算资料中很少提到,其计算借助《钢闸门设计规范》附录所列的有关公式进行。详见本规范附录G。 电动葫芦所用的工字钢轨道计算,这在一般起重机设计的资料中可以查阅到。至于多支 承点的工字钢轨道可以按连续梁计算弯矩和反力,然后在工字钢型号中选择,同时应满足电动葫芦允许的工字钢型号(主要是工字钢下翼缘能否支承电动葫芦走轮),并验算稳定和刚度,支承点反力则用来计算所需固定螺栓直径。 8.6.12 起重螺杆与螺母。 (1)起重螺杆在一般情况下应能自锁,所以螺纹中线的升角应控制在α≤4°~4°30′。 (2)起重螺杆的长细比按如下因素考虑确定,①根据1965 年10 月14 日批准试行的《螺 杆式启闭机技术条件》(JB767—65)第10 条,重要的螺杆其长细比λ不宜超过200,而对一般用途的螺杆不宜超过250;②在有关设计手册中受压构件的稳定系数ψ值的长细比λ值到达200;③在螺杆启闭机使用中有时起升和下压的荷载相差较大。所以本《规范》建议受压的长细比λ以200 为控制值,受拉的以250 为控制值,对于重要的受压螺杆其长细比可控制 在λ≤160。机电设计手册金属结构部分中无此控制值。苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中,提到其极限柔度λnp≈9O,我们认为似偏小。 8.6.13 关于链条的安全系数,我们参阅了苏联OCT191—75 标准,其链条破坏荷载的强度安全系数采用5(考虑了链条自重);大连起重机厂编写的《起重机设计手册》中,链条的安全系数当v<1m/s 时取n0=6;化工出版社《机械设计手册》中册中,对于v<0.6m/s 的链条, 其安全系数n0≥4~8。启闭机链传动一般速度甚低,通常v≤1~2m/min,但其重要性较高,所以本规范选取链条的安全系数n r=5~5.5。 8.6.14 液压启闭机油泵型式的选择是一个比较重要的问题,根据目前发展趋势,要求提高压力减小缸体尺寸,以减轻缸体自重。据了解国外曾进行过这方面的研究工作,认为压力在25MPa 左右较为经济,但是结合我国具体情况,尚应综合考虑,如密封圈的耐压、钢材的强度等。我国生产的叶片泵其压力为7MPa,双级叶片泵为14MPa,只有柱塞泵其压力可到达32MPa。故液压启闭机油泵就目前而言宜选用柱塞泵。其工作压力和工作流量应根据需要确定,并应考虑留有一定的裕度。 8.6.15 阀的选择应满足启闭机油路系统的工作要求。近年来,插装阀作为一种新型液压控制元件,在国内水利水电工程中开始使用。我国的上海液压件一厂、天津高压泵阀厂、北京 冶金液压机械厂、上海704 所液压元件厂等几个液压件专业厂已批量生产插装阀。故今后液 压启闭机设计中,应尽可能选用插装阀。 8.6.16 油缸。 (1)油缸的几个主要尺寸参数值是参照船闸设计规范推荐的,我们把上述参数曾和西北 院己设计完毕的液压启闭机进行比较,基本上都在该参数范围内。故在水利水电工程液压启闭机设计中,其初步参数选择可以推荐采用。 (2)活塞杆的许用长细比,本规范取双向作用油缸为λ≤200;单向作用油缸(活塞杆受拉) 为λ≤250。这是参阅了已设计制造的油缸。按前苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中叙述的计算方法进行核算,对于双向作用的油缸(双向作用力不一致),其λ值有的甚至超过200。所以本规范按现有实践情况,结合一般通用的计算方法,选定双向作用的油缸,其允许长细比λ≤200,单向作用的油缸,其允许长细比λ≤250,但对于启闭船闸人字门和高压滑动门的启闭机,由于拉、压值基本相同,此时λ值应取小些,可考虑λ≤160。苏联液压启闭机长细比的控制值为:双向作用油缸,λ≤160;单向λ≤250。我国的机械设计手册中,无λ的控制值。 (3)活塞杆的防腐蚀措施,有采用外包不锈钢皮用塞焊固定,用喷涂不锈钢和镀铬等方 法。其中外包不锈钢皮在第一重机厂和第二重机厂生产的液压启闭机中都采用过,其中存在问题是不锈钢皮和本体不易贴紧,且检查比较困难(可用超声探伤仪检查)。喷涂不锈钢和镀铬在上海重机厂采用过,上述几种方法都比较成熟。此外还有包铜、包尼龙、氮化防腐蚀处理等,由于这些方面我们掌握应用资料不多,故在规范中未予推荐。 据国外资料介绍(MANNESMANN REXROTH GROUP 的RIQ International Edition, 3/1989 和2/1990)油缸活塞杆采用防腐蚀性能好,耐磨损的陶瓷涂层代替镍铬涂层,可以应用于直径为5~1400mm 的圆柱体、最大长度可达16000mm 或最大重量为10000kg。(4)液压启闭机上的密封,一般为耐油橡胶制成,常用的有O 形、V 形和Y 形密封圈, 其工作压力为0~32MPa,温度-35~+200℃,工作介质为一般矿物质液压油、润滑油和水,其主要特点是结构简单、密封性能良好、摩擦力小、沟槽尺寸小,易制造,所以目前在液压元件中广泛应用,在液压启闭机中主要用于固定静密封,但也可用在滑动密封中。V 形夹织 物橡胶密封圈,主要用于活塞与缸体内壁之间的滑动密封,其工作压力不大于50MPa