长兴三号线横拉门设计计算及制造安装.docx

长兴三号线横拉门设计计算及制造安装蒋明（中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200063）摘要：利用对横拉门外部载荷的确定来计算横拉门的结构强度及横拉门行走的稳定性，以达到横拉门安全使用的目的。利用制造上的质量控制，来达到安装使用要求。关键词：结构强度；质量控制；计算；制造中图分类号：u 641文献标志码：b文章编号：1002-4972（2009）08-0130-05design, calculation, manufacture and installation of cross-pulling gate in line 3 ofchangxing dockyardjiang ming(china shipbuilding ndri engineering co., ltd., shanghai 200063, china)abstract: structural strength and travelling stability of cross pulling gate are calculated according to external load to guarantee its safety. quality control in manufacturing is demanded to meet the requirement of installation.key words: structural strength；quality control；calculation；manufacture1概况长兴岛作为我国新型的造船基地，其造船地 位十分显著。它地处长江和黄浦江的咽喉处，地 理位置非常特殊。由于这个特点，在造船基地的 工艺设计上略不同于其他造船厂的工艺布置，采 用了船体舾装在港池中完成的方法，所以在船坞 外建造港池和船闸，完工的船舶由港池通过船闸 出去，是一个理想的工艺过程。船闸将外水域和港池相连，外水域江面宽阔 风大浪急，受潮汐影响，水位的变化较大。船闸 内相对风平浪静，水位变化较小。船闸内船舶进 出频繁。这就要求闸门必须启闭迅速，能双向止 水。横拉门正好能满足船闸外闸口的需要。横拉 门具有启闭快捷，平稳，且还有双向挡水的功能。 新建的横拉门是长兴岛造船基地船闸外闸口的挡水口门，用来挡住闸室水域与闸室外水域连通，保持闸室内一定水深。横拉门断面形状为矩形，行走台车相对于门体斜对角布置，在横拉门 的下部设置有下小车，门体一端自由支撑在此小 车上，门体另一端通过吊杆与上行走小车相连。 这种形式减少了下部维修工作量，同时改善了闸 门运行的稳定性。牵引装置由 2 台 200 kn 摩擦式 绞车、导向轮和钢丝绳组成。横拉门施工设计的依据横拉门根据工艺资料进行施工设计。工艺资料如下：1） 闸口宽度：40 m；2） 闸室底高程：-7.40 m；3） 船闸顶高程：+6.30 m；4） 通航高水位：+4.50 m；5） 长江设计高水位：+4.13 m；2收稿日期：2009-08-19作者简介：蒋明（1956），男，工程师，从事非标设备设计工作。第 8 期蒋 明：长兴 3 号线横拉门设计计算及制造安装1316） 长江设计低水位：+0.56 m；7） 极端高水位：+5.65 m；8） 极端低水位：-0.36 m。5横拉门型式1横拉门高 14.30 m，门长为 41.60 m，横拉门 宽 5.17 m。横拉门由 1 层上甲板、7 层桁架式主 梁组成。根据水压力上小下大的特点，间距由上 而下为 2.5 m ，2.3 m ，2.0 m ，1.8 m 不等，使构 件受力基本相同，从而可使构件大小一致。竖梁 也为桁架式结构，间隔 2.6 m，采用双面板承受双 向水压。横断面为矩形结构 （图 1）。横拉门上设有 2 个浮舱，用以减轻门体在水 下的重量，从而减轻上下小车的轮压，但又必须 满足门体启闭时的稳定性，所以必须将水中的门 体质量控制在 300 t 左右，门体总质量约为 600 t。 因此，浮箱的总排水体积控制在 250 m3 左右，这 样既减轻了小车的轮压，又能保证门体的启闭稳 定性。为了保证浮箱排水体积为一固定值，不会 因水位高低变化而影响走轮轮压大小变化，浮箱 设在门体两侧面底部，这样即使处于最低潮位时， 浮箱也完全浸没在水中，使排水体积一定。横拉门门体的重量由上下小车分别承担，下 小车布置在门体前端的下部，下小车上设有转轴 和滚轮，门体底前部设有圆弧槽块的半轴瓦，并 支承在下小车的滚轮上，承受门体前部的重量。 上小车布置在门体后端的上部，上小车上设有十 字铰的吊杆与门体上的吊架连接，将门体后部重 量传到上小车上。上小车离门体中心较远，下小 车离门体中心较近，这样，门体的重量大部分由 下小车来承担，以减轻十字吊架的承重力。当门体内外的水域产生水位差时，门体在水 压力的作用下，利用上小车上的十字铰的吊杆和 下小车上的转轴滚轮和圆弧槽块的相对移动，将 门体压向水位低的一侧门墩，达到门墩与门体止 水的效果。止水时，槽块与滚轮斜面接触。当水 位差消失后，在门体自重分力作用下，自动恢复 到中位，使门体上的止水橡胶不会与门墩擦碰而 影响门体正常运行，或损坏止水橡胶。在下小车架上焊有 2 个金属结构的楔形槽， 门体前端下部设有楔形块坐落在槽中，保证横拉 门启闭时下小车与门体同步运行。槽的内侧面装 有低磨阻材料工程塑料合金 mgb，以减小门体横 移时的阻力，确保门体两侧无水位差时，能回复3横拉门主要技术规格1） 门体尺度：41.60 m5.17 m14.30 m （长宽高）；2） 门体自质量：585 t；3） 上小车质量：13.15 t；4） 下小车质量：16.1 t；5） 200 kn 绞车：2 台，功率为 37 kw/台；6） 小车行走速度：7 m/min；7） 制动器：2 台，型号为 ywz4-400/90；8） 行程开关：4 套，型号为 lxk3-20h/t；9） 钢丝绳：637+fc-36-1770。4横拉门的工作原理横拉门启闭操作应在潮流比较平稳、风浪较 小的情况下进行风力不大于 5 级，浪高不大 于 0.5 m。同时，启闭门时，门内外两侧的水位差 必须小于 5 cm。1） 开启。视长江口与闸室水位的高低，将船闸里的水 向外排至长江口，或将江水注入船闸，两侧水位 齐平后，在滚轮与圆弧槽块接触处间，门体自重 产生一分力，在此分力作用下，门体回复到中 位。观察员向绞车操作员发出开门指令，然后， 操作员按下开启按钮。通过绞车钢丝绳牵引，使 门向门库方向移动。在整个运行过程中，应观察 运行是否平稳，有否异常情况发生，如果正常， 一直到门开启到位、限位器发生作用后，闸门完 成开启。2） 闭合。当船驶离闸门，观察员确认附近没有其它船 只后，向绞车操作员发出关闭指令，然后，操作 员按下关闭按钮。在牵引系统作用下，完成关门 过程。然后视江域和闸室水位的高低，向闸室注 水或抽水。由于止水橡胶与门墩间隙设计得较小， 渗水量较少，所以短时间就可以建立门体两侧的 水位差，从而将闸门推向水位低的一侧。132水运 工程2009 年a） 平面图b） 断面图横拉门总图图 1到中位。横拉门的纵向移动，由地面上的 2 台 200 kn 绞车通过拉曳系统来驱动上小车，再通过上小车上 的推拉装置来驱动门体，并通过门体前端下部的锲 形装置推动下小车，来完成横拉门的启闭操作。另外，在门体前端的下部和门体后端的上下 部各装有 1 对导向轮，门体启闭时起到稳定作 用。门体与门墩止水采用 橡胶，门体承受水压 采用工程塑料合金，工程塑料合金具有耐高压、 不易变形、寿命长等优点。6拉曳系统拉曳系统由 2 台 200 kn 摩擦式绞车、 滑轮 组、钢丝绳组成，钢丝绳的一端与上小车的一端 连接，再经过 2 个导向轮绕到摩擦式绞车上，最 后与上小车的另一端连接，形成一个封闭式绕绳 的系统，并且在轨道的两端各装有 1 个限位开关， 防止小车走出轨道。共有 2 组系统 （图 1）。7门槽清淤长兴岛地理位置特殊，它处在长江和黄浦江 的交汇处，均地处下游，江水混浊，淤积严重，第 8 期蒋 明：长兴 3 号线横拉门设计计算及制造安装133给横拉门安全启闭带来严重隐患，所以在设计横拉门的同时必须考虑门库和门槽的清淤。对于清 淤，给排水专业的设计方案是多重清淤综合治理： 一是利用高压泵和管路系统将下小车走轮两端轨 道上的淤泥吹开，使得门体在行走过程中小车行进方向轨道上的淤泥已被清除 （图 2）；二是利用另外 1 台高压泵和门体上的管路将门体下被吹起 的淤泥向闸门外排泄 （图 3）；三是利用船闸内的 高水位和船闸外的低水位的水位差，通过管路将 外门槛上的淤泥清除干净 （图 4）。图 2清淤装置布置 1图 3清淤装置布置 3图 4 清淤装置布置 38横拉门的计算81载荷 计算横拉门的载荷时，首先要考虑门体所处的工况。当门体关闭时，主要载荷为门体两侧的水位 差所产生的水压力，此种载荷用以计算门体的强度；当门体在启闭过程中时，主要考虑门体两侧的水位差 （取 0.050.1 m）、风荷载、波浪压力、门体自重， 这些载荷用以计算门体行走过程中的稳定性。8.2稳定性计算2闸门倾覆是绕上、下两侧轮的连线倾覆，作用134水 运工 程2009 年的外力对连线所产生的总倾覆力矩 mt，由闸门自重g 对一边滚轮支撑点产生的支持力矩 mr 来平衡，即拍打，使油漆磨损，钢板外露锈蚀，所以可涂耐磨油漆。横拉门维修保养一般 5 年 1 次进坞维修。k= mr 1.25（1）mt8.3轮压计算按横拉门的结构型式，上、下小车成斜对角 布置，上小车离门体中心稍远，下小车离门体中 心稍近。上小车至门体中心的距离是下小车至门 体中心距离的 1.5 倍，所以，下小车的轮压是上小 车的 1.5 倍。因此，下小车的轮压非常大，故考虑 在门体上设置 2 个浮舱，以减轻下小车的轮压， 而未减轻的轮压仅在安装调试时出现。8.4闭力的计算1） 启门力 fq。启门力主要由走轮的摩擦阻力、残余水位差 引起的摩擦阻力及风阻力等一系列阻力组成，其 公式为11横拉门安装111绞车安装1） 保证电机轴与减速器轴的同轴度；2） 保证减速器与滚筒中间轴的同轴度；3） 确保制动器轮箍完全啮合；4） 钢丝绳装上绞车前，应进行预拉，拉力不 小于 500 kn，时间不少于 1 h。11 2门体安装门体与上下小车安装就位后，应保证门体上 甲板前后、左右水平，可通过调整吊杆上的斜锲 实现，对各部件安装要求如下。1） 上下小车安装后，必须保证小车走轮轮距 与预埋轨道一致，轨距偏差小于 2 ，轴距偏差 小于 1 ；2） 上、下小车走轮踏面应在同一水平面内， 其高差不大于 1 ，走轮踏面与轨顶应垂直，最 大偏差不大于 1 ；3） 门体水平偏差不大于 5 ；4） 门体垂直偏差不大于 3 ；5） 下小车上的转轴与滚轮必须与门体上的槽 块接触良好。（2）fq=k(t1+t2+t3)式中：k 为安全系数，取 1.11.2。2） 闭门力 fw。闭门力主要由走轮的摩擦阻力、风阻力组成，其公式为（3）fw=k(t1+t3)式中：k 为安全系数，取 1.11.2。9横拉门制作横拉门结构必须按钢质海船规范进行焊接、 检验。横拉门结构变形矫正按船舶 cz24-61船体 结构变形的加热矫正规定进行。横拉门重要焊缝如水密舱壁的焊缝及分段的 连接焊缝等应进行无损探伤，射线探伤时应不低 于 gb 3323 中规定的级。12调试要求调试前必须先检查旋转件的加油情况，再检 查旋转件的旋转是否自如。1） 观察上下小车在行走过程中有无跑偏、啃轨 等现象，啃轨严重时，应对走轮的平行度进行调整。2） 观察是否有异常运行噪声，如不正常应停 车检查