常州澡港河水利枢纽船闸闸门钢丝绳调节浅析

陈 飞，陈 锋，狄祖兴

（常州市长江堤防工程管理处，江苏 常州 213127）

0 引言

闸门启闭机形式有卷扬机式、液压启闭机式，卷扬机式启闭机用于自重比较轻的闸门，若大型闸门自重比较重，需用液压启闭机来启闭。大型升卧式闸门启闭需用钢丝绳对闸门进行升降，钢丝绳受闸门的启闭运行以及温度的影响会有一定距离的伸长，钢丝绳伸长较长将给闸门运行及启闭机系统带来安全隐患[1-2]。

1 工程概况

澡港水利枢纽，位于太湖流域湖西，沿江主要河道澡港河，距长江口200 m，工程主要包括1座单孔净宽16 m设计流量100 m3/s节制闸，1座闸口宽12 m、闸室宽16 m、长190 m套闸和1座2×20 m3/s双向泵站组成。船闸、节制闸闸门采用钢丝绳液压启闭机，泵站闸门采用液压杆启闭机。

2 闸门启闭机结构原理

澡港水利枢纽船闸计通航能力为500 t级，设计最高水位6.84 m，最低通航水位1.77 m，闸门为平板钢闸门，输水方式为门底输水，闸门自重为45 t，由于闸门自重比较重且闸门启闭形式为升卧式，故不能使用卷扬式启闭机或者是立式液压启闭机，因此采用双吊点卧式液压启闭机，澡港船闸采用的是QPPY-I-2×1250-7.4型液压启闭机，其示意图见图1。

QPPY-I-2×1250-7.4型液压启闭机，启门力为125 t，最大行程为7.4 m，闸门双吊点分别使用2根钢丝绳（A、B）连接，绕过一组定滑轮再绕过油缸动滑轮与机架固定，通过组合滑轮，油缸的行程与作用力可以减半，油缸做横向运动，闸门做升卧运动（如图1）。

3 运行中存在的问题及调节措施

澡港枢纽船闸使用的钢丝绳为6×37+FC-47镀锌麻芯钢丝绳，由于闸门自重比较重，闸门经过长时间的启闭运行，闸门钢丝绳有一定的伸缩性导致启闭闸门的2根钢丝绳不一样长，从实际运行情况来看，伸长距离也不一样长，通常长钢丝绳B伸长距离比短钢丝绳A伸长距离长，这样就导致了闸门两吊点不平行，吊点有水平上下差，使闸门在启闭过程中出现倾斜，使得闸门启门力加大，加大启门负荷及钢丝绳的载荷，出现闸门滚轮卡死、启闭机活塞杆跑偏、油封拉坏等现象，导致安全隐患，严重影响启闭机的使用寿命。

出现以上现象，可通过钢丝绳调节器C，调节钢丝绳长度（如图2），当2根钢丝绳伸长，产生吊点水平差H时，一般情况下调节长钢丝绳调节器，也就是在油缸下方与钢丝绳B连接的调节器。判断闸门钢丝绳是否需要调节的方法为：一是通过闸门闭门到底时看闸门两边哪边先到底，如果闸门两边到底时有先后顺序就说明闸门运行不平整有倾斜，闸门吊点有水平差（闸门先到底的那边吊点的钢丝绳需要收紧，一般为长钢丝绳B）；二是当闸门关到底时观测启闭机油缸上下方的钢丝绳，看其松紧程度，如果很松就说明要调节；三是在闸门启门过程中听声音，如果启门声音很大，闸门有卡涩现象，说明闸门侧偏，钢丝绳也需要调节。

图1 闸门启闭机示意图

图2 闸门钢丝绳调节器

调节时，首先将调节螺帽2向两边旋，使其与调节螺杆2有D1=D2的距离，吊点水平差H=D1+D2，然后再向下旋转调节螺杆，这样两边的螺杆1就同时向中间旋进，起到收紧作用，反之就是松开钢丝绳。实际情况中，闸门吊点水平差H是很难测出的，只能根据闸门的运行情况，一般每次调节距离D1=D2=10 mm，然后让闸门启闭几次，在启闭过程中闸门会自动适应调整，这样小距离多次调节，直到闸门运行异常消失。

澡港枢纽船闸闸门钢丝绳调节器连接螺杆3长为L1+L2=L3+L4=500 mm，在安装过程中为了安全，连接螺杆3必需旋进调节螺杆1内的长度不能小于L2=L3=250 mm，由于钢丝绳的拉力，连接螺杆3必需与调节螺杆1可靠连接。因此，通常情况下是禁止以旋松钢丝绳来达到吊点水平，如果旋松钢丝绳，当L2=L3且小于250 mm时会带来安全隐患。在调节过程中，调节距离D1必需与D2相等，保持连接螺杆两边的余量相等，因此在调节过程中必须固定好两边的连接螺杆3，确保不在调节过程中跟随调节杆转动，如果跟随转动导致L1与L4不相等，经过多次调节最后L1和L4有一边全部旋进调节杆内，另一边没有旋进，就会导致钢丝绳调节余量变少，必需把两边连接螺杆全部退出重新进行调节。

钢丝绳伸长是一种结构缺陷，对钢丝绳及闸门启闭设备危害很大，一般的处理措施是预张拉，这是新钢丝绳安装前消除伸长最有效方法，可以改善钢丝绳的性能，提高钢丝绳的寿命。一般钢丝绳在重载荷、多弯曲或偏转的工作环境下伸长率在1%左右，纤维芯钢丝绳伸长率能达到2%，澡港船闸使用的就是纤维芯钢丝绳，钢丝绳单根总长度为60 m，经过多道滚轮弯曲，按照伸长率2%计算，伸长能达到1.2 m，而调节机构最大调节范围为0～1 m，已经超范围，没有余量调节了。

当钢丝绳调节器没有余量调节时需注意，闸门安装搁门器后可能会出现无法脱离搁门器的现象，这是因为在澡港枢纽的闸门启闭机设计中油缸的行程短，没有很大的余量，搁门器高度为14.5 m，闸门脱离搁门器需将闸门再提升0.2 m，两者加起来最大开度需14.7 m，需要油缸行程为7.35 m，由于澡港液压启闭机行程为7.4 m，经过滑轮组合，闸门最大开度为14.8 m，如果在钢丝绳调节器没有余量的情况下，钢丝绳再伸长0.1 m，油缸行程需增加0.05 m，达到7.4 m。因此，在钢丝绳调节器没有余量调节的情况下，钢丝绳伸长距离不能大于0.1 m，否则闸门就会出现安装了搁门器后就无法脱离的现象，唯一的办法就是截短钢丝绳重做。

4 钢丝绳伸长原因分析

4.1 闸门下降过程中突然暂停

由闸门受力示意图（如图3）可知，澡港枢纽上闸首闸门的重量为45 t，即m=45×103kg，闸门下降速度v=0.3 m/s，假设闸门从开始暂停到闸门停止时间△t=0.1 s，根据动量定理（如图3），（mg-F）△t=△p=0-mv，钢丝绳所受到的冲击力F=（g=10 n/kg）。由于闸门是双吊点，因此单根钢丝绳所受冲击力为292.5 kN、29.25 t，根据GB/T8918-1996查得6×37+FC-47钢丝绳的最小破断拉力为1270 kN，起重机类钢丝绳安全系数取5，6×37+FC-47单根钢丝绳起重安全吨位为1270 kN÷5=254 kN、25.4 t，而闸门突然暂停对钢丝绳的瞬时拉力能达到29.25 t，由以上分析可得出闸门下降过程中突然暂停，钢丝绳的瞬时受力已经大于它的最大安全受力，因此闸门下降过程中突然暂停对钢丝绳的损害很大，这也是导致钢丝绳结构性伸长的一个主要原因。由出钢丝绳所受冲击力大小与闸门的运行速度和停止时间有关，运行速度越快，停止时间越短，则钢丝绳所受冲击力就越大，同时对液压系统管道、阀组的冲击力也很大。实际操作中，可以通过液压启闭机的节流阀减小液压油回油流量来降低关门速度，缓解闸门对钢丝绳的冲击力，而不能通过加长暂停时间△t来改善，因为当液压系统按下暂停按钮时，阀组已经瞬时关闭，而此处△t=0.1 s是当按下暂停按钮时，阀组瞬时关闭时间与油缸内液压油被压缩缓冲时间之和（0.1 s是预估，甚至更短，但不可能是0），这个时间是固定的不能改变。理想状态是当按下暂停键时能让闸门缓慢停下，但这种情况在工程实际运行过程中是不可能的。

图3 闸门受力示意图

4.2 闸门启闭机的结构问题

如图1可知，长钢丝绳B由下部调节机构经一组油缸动滑轮进行180°弯曲运动后，再经一组定滑轮进行180°弯曲运动，然后再经一组定滑轮进行90°弯曲运动，最后到闸门吊点；短钢丝绳A由上部调节机构经油缸动滑轮进行180°弯曲运动，再经一组定滑轮进行90°弯曲，再到闸门吊点。由此可见钢丝绳经过了多道弯曲，这也是导致钢丝绳伸长的原因之一，也会加剧钢丝绳的磨损和断丝现象[3-4]。

5 改进措施

（1）钢丝绳连接螺杆比较短，导致调节最大距离小于钢丝绳伸长距离，这时可以加长图2中的连接螺杆3和4的长度。

（2）在钢丝绳安装前进行预张拉。

（3）减少关闸时的暂停次数，原则上可以做到关闸时不需要暂停。

（4）钢丝绳要经常保养，涂抹润滑油，特别是针对滑轮组滚动部位，要经常检查有无断丝现象。

（5）对闸门钢丝绳调节器要经常巡视检查，检查调节器各个部位有无螺栓、螺杆松动现象，定期对调节器涂抹润滑油脂等。