船闸闸门增设浮箱问题的探讨.doc

船闸闸门增设浮箱问题的探讨李芬摘要叙述了船闸大修时闸门增设浮箱的缘由 ,对不同类型闸门受力部件的影响 ,需要注意的事项等方面进行了阐述 ,同时对浮箱的增设提出了一些建议 。关键词闸门 浮箱 磨损换为钢面板 ,闸门偏重现象较为严重 ,致使闸门顶 、底平车受力不均匀 ,在钢面板侧平车滚轮轴承磨损 较为严重 。顶 、底平车经常损坏 , 更换频繁 , 约每 2 年更换 1 次 。为了改善这种状况 ,提出了在闸门上 增设浮箱的设想 。这样 ,一是可以纠正闸门偏重 ,使 上 、下游滚轮受力均匀 。二是可以减少闸门在水中 的重量 ,从而减少顶 、底平车运转件的承压应力 ,延 长圆锥滚子轴承的使用寿命 。但是 ,随着闸门在水 中重量的减轻 , 闸 门 的 整 体 抗 倾 覆 稳 定 性 会 降 低 。 满足规范允许的稳定系数 ,是决定闸门浮箱大小的 关键 。在闸室抽干水检修时 ,由于浮箱的增设 ,使得闸 门无水时自重加大 。此时应验算顶 、底平车运转部 位及吊杆处的承压应力 ,同时应尽量减少闸门无水 时开关的次数 ,以免造成不必要的损坏 。由于闸门浮箱的作用 ,大修完成放水后 ,应重新 调整顶平车传动系统的轴线 ,以使正常使用时轴线 水平 、顺直 ,减少偏磨 。对闸门门体结构而言 ,由于设计闸门时 ,为了布 置 、构造和施工的方便 ,横拉门主要受力桁架除顶 、 底横梁结构外 , 中 横 梁 一 般 采 用 相 同 的 结 构 型 式 。 闸门正常受力时 ,横梁桁架是按支承在两侧闸墙上 的简支梁进行计算的 ,由于所受的水压力不同 ,各桁 架的实际受力并不相等 ,闸门横梁的变形尤其是跨 中的变形各不相同 ,受力较大的下部桁架变形大 ,水 上桁架变形小 。增加浮箱后 ,由于跨中断面结构加 强 ,增加了主梁刚度 ,减少了下部变形量 ,从而使得 整个闸门门体的变形减小 ,延长闸门的使用寿命 。2 . 2对人字门的影响人字门是承受单向水压的船闸闸门 。它由 2 扇 门叶组成 ,门叶底部支承在底枢上 ,顶部支承在顶枢上 。通过顶部启闭机推拉杆的作用 ,门叶能绕顶 、底闸门增设浮箱的原因船闸作为航道上克服水位落差 、保证通航的过 船设施 ,其技术状况的好坏直接制约着水运事业的 发展 。船闸大修的主要缘由是由于闸 、阀门运转件 的磨损 、损坏 。因此 ,减少闸 、阀门运转件的磨损 ,是 延长船闸运行周期 、保证航道畅通的主要手段之一 。江苏的水运事业起步较早 ,在 20 世纪 50 年代 就开展了苏北运河的整治和全 省 各 水 系 航 道 的 规 划 ,建设 、建成了一批船闸 ,为江苏的水运事业发展 作出了巨大的贡献 。为了适应水运发展的需要 ,于20 世纪 60 年代后期对已有的船闸进行了部分技术 改造 ,主要是将原木面板更换为钢面板 。20 世纪 70 年代后期至 80 年 代 初 , 对 船 闸 再 次 进 行 了 技 术 改 造 ,以适应水运的发展 。闸门木面板更换为钢面板 以后 ,在横拉门船闸中 ,发现闸门重量增加较大 ,且 偏重现象明显 ,致使闸门底台车经常损坏 ,水下更换 频繁 。为了改善这种运行状况 ,于 20 世纪 70 年代 未 ,在部分横拉门 船 闸 闸 门 上 增 设 浮 箱 , 以 减 小 自 重 ,纠正门体重量偏心 ,使得底台车 4 只滚轮受力均 匀 ,取得了较好的效果 。随后逐步推广应用至三角门及人字门 ,也取得了较为满意的效果 。12 几种门型增加浮箱问题的闸述2 . 1对横拉门的影响横拉门是沿着垂直于船闸纵轴线方向移动的平 面闸门 ,常用于承受单 、双向水头的船闸 。闸门允许 在上 、下水位齐平或 510cm 残余水位差时启闭 。 在正常使用过程中 ,一些旧闸门由原木面板改作者介绍 :李芬现工作于江苏省无锡市航道管理处 。关闭挡水时 ,水压力由设在门轴柱上的垫块传递给闸首两边的边墩 。闸门的重心偏离支承中心 ,开关 过程中闸门顶枢拉杆承受较大的拉应力 。增设浮箱 后 ,浮箱浮力的作用线与闸门重心重合 ,使闸门在水 中的重量减轻 ,减少了开关过程中拉杆的拉应力 ,同 时减少了闸门底枢支承座处的压应力 ,减少了顶枢 轴套 ,底枢铜帽 、蘑菇头的磨损 ,延长了使用寿命 。在门体结构方面 ,关门挡水时 ,由于各横梁所受 水压力的大小不同 ,整个闸门水上部分横梁变形较 小 ,水下部分变形较大 。增设浮箱后 ,由于水位以下 横梁断面得到加 强 , 变 形 减 少 , 对 门 体 结 构 非 常 有 利 。人字门的底止水通常布置在门扇底主梁腹板的 底面上 。由于存在水位差 ,所以在底止水上游一侧 的底主梁腹板上承受垂直向上的浮力作用 。底止水 沿门扇长度方向通常布置成折线形 ,它的位置应使 得作用在闸门上垂直向上的浮力略小于闸门自重 , 这样能避免门扇上浮 ,保证闸门更好地关闭 。由于闸门增设了浮箱 ,使得关门挡水时 ,闸门浮 力与自重的平衡条件被破坏 ,从而使得闸门拉杆在顶枢处承受了浮箱所引起的上浮力 。以泗阳二线船闸下游闸门为例 ,关门挡水时底横梁处产生的浮力为 436 kN , 闸 门 自 重 为 50 . 8t , 浮 箱 的 净 浮 力 为397 kN ,垂直向上的合力为 325 kN ,对拉杆及门扇安 全极为不利 。为了解决这一问题 ,浮箱设计时应同 时考虑底止水的布置形式 ,改变止水的折线型式 ,并 尽量移至上游面板处 ,这样闸门底横梁腹板所受的 浮力较小 ,不至于产生垂直向上的合力 。2 . 3 对三角门的影响三角闸 门 启 闭 时 绕 垂 直 枢 轴 转 动 。关 门 挡 水 时 ,作用于面板上的水压力的合力通过旋转轴 ,偏心 很小 。因此 ,闸门启闭力较小 ,能在水中启闭 ,能承 受双向水压 ,使用于受潮水影响的感潮性河段 。三角形闸门的面板远离旋转轴线 ,通过桁架构 成顶 、底主梁 ,闸门重心偏离旋转轴较远 ,正常使用 时顶枢拉杆轴套 偏 磨 严 重 , 闸 门 下 垂 也 较 为 严 重 。 由于闸门面板内侧桁架构造较为复杂 ,因此浮箱一 般增设在门面板外侧 ,这样可使重心位置离旋转轴 线近些 ,大大减少正常使用过程中轴套偏磨及闸门 下垂现象 ,也减少了底枢 、蘑菇头处的压应力 。以张家港船闸为例 ,闸门增设浮箱后拉杆受力的变化如表 1 所示 。表 1闸门增设浮箱前后拉杆受力情况从表 1 中可以直观地看出 ,浮箱的增设能减少支承蘑菇头的接触应力 ,并使重心向支撑轴线靠近 。增设浮箱时 ,对所有门体结构均有一定程度的损坏 ,因此浮箱位置应尽量合理布置 ,尽可能减少对闸门原有杆系的破坏 。确因施工需要必须破坏的 杆件 ,浮箱增设完成后应予以恢复 ,且局部应加强 。闸门增设浮箱时应注意的几个问题闸门增设浮箱对几种门型的影响均有利有弊 ,设计人员对以下几点应引起重视 。3对浮箱气密试验压力的控制 ,目前没有统一的标准 。一般采用闸门顶至浮箱(下转第 12 页)21计算参数受力构件受力方向构件受力/ kN重心与支撑 轴线的水平距离/ m备注大修前大修后大修前大修后上游闸门 正向水位上拉杆水平- 104 . 5- 4 . 34 . 003 . 13减少支承蘑菇头重直250150减少球铰处水平790689 . 8减少上游闸门 反向水位上拉杆水平620515 . 54 . 003 . 13减少支承蘑菇头重直250150减少球铰处水平870972 . 6增大下游闸门 正向水位上拉杆水平354227 . 64 . 002 . 77减少支承蘑菇头重直300150减少球铰处水平512972 . 6增大下游闸门 反向水位上拉杆水平619745 . 24 . 002 . 77增大支承蘑菇头重直800150减少球铰处水平1 4931 386 . 3减少输出扭矩 T 0额定转速 n275Nm1 300r/ min功率恒定 ,第 1 道绳径 D 1 = 532 ,其半径 r1 = 0 . 266m ,则钢丝绳拉力Pg = 30 N g / (r3 n g ) = 113 . 5 kN由计算可知 ,该绞车满足设计拉力 100 kN 的要求 。所选齿轮箱减速比为 112 。镀 锌 钢 丝 绳 直 径 为 24 , 破 断 拉 力 大 于与国内 、国外同类型产品的比较WSD400 挖泥 船 由 CCS 检 验 验 收 。该 绞 车 用 于起锚 、横移 、桥架升降等 ,其运行 、效应试验由常德 达门船舶有限公司主持 ,得到了 CCS 验船师的检验 认可以及船东的一致好评 。该船交付湖南省航务工 程公司满负荷运转近 1 年 ,该绞车一直未出现机械 故障 ,有效地保障了该船正常的挖掘 、疏浚作业 。表 1 是该绞车与同类型产品的比较 。由表 1 可以看出 ,该锚绞车外形尺寸 、整体重量 等技术参数较国内同类型产品具有较大的优势 ,达 到了国外同类型产品的水平 。在满足使用条件的工 况下 ,大大减小了设备的安装空间 。正因为该设计 采用了国外先进的设计构想和进口了高性能的液压 马达 、刹车及变速齿轮箱装置 ,才具有如此优越的性 能 ,其整体制造成本低于同类进口产品 。参考文献1 徐灏. 机械设计手册. 北京 :机械工业出版社 ,19954394 kN 。根据齿轮箱外径尺寸 ,为保证结构紧凑 ,滚筒绳中径设计如下 :第 1 道绳中径 D 1 = 532 ,第 2 道绳中径 D 2 = 580 ,第 3 道绳中径 D3 = 628容绳量为 200 m 。根据以上参数 ,计算如下 。 液压马达输出机械功率N 0 = T 0 n/ 30 = 37 437W钢丝绳滚筒转速n g = 1 300r/ min/ 112 = 11 . 61r/ min考虑花键轴 、齿轮箱机械传动损失 ,其机械效率 可取 98 % ,则通过齿轮箱后作用于滚筒的实际输出 功率为N g = 37 437 W 98 % = 36 688 W根据国内 、国际通用规则 ,设计拉力亦即额定工 作拉力按作用于第 1 道绳径上的拉力进行计算 。设,最大表 1100 k N 锚绞车与同类型产品的比较(上接第 9 页)底板处的高度乘以 1 . 11 . 3 的安全系数来计算气 压试验的压力 。量采用合适的施工工艺 ,尽量减少焊接变形 ,减少焊接残余应力 。目前对闸门增设浮箱意见不一 ,有的观点认为 可行 ,有的观点认为不可行 。作者认为增设浮箱利 大于弊 ,应具体问题具体分析 ,不能一概而论 。至于 一些具体问题 ,希望有关专家能引起重视 ,并给出权威的答案 。浮箱浮力大小的确定 ,作者认为一般控制横拉门浮箱的浮力不超过门重的 60 %为宜 , 人字门 、三角门控制门体在水中重量为 2025t 左右为宜 。由于浮箱的增设 ,增加了很多焊缝 ,因此应尽43生产厂家型号/ 标准额定拉力/ kN绳速/ ( r/ min)绳径/ mm工作油压/ M Pa外形尺寸/ ( mm mm mm)重量/ t国内厂家 1HMSW - 1010001532102 200 1 900 1 7007 . 9国内厂家 2245Q83 . 7 - 001000202611 . 52 300 1 800 1 2005 . 4国内厂家 310M W1000203212 . 52 100 1 600 1 2004 . 8国外厂家 1PR - HU W/ SD - 10 T1000152417 . 51 700 1 100 1 0501 . 8常德达门DMMJ - 1010002024201 800 865 8501 . 2432J IAN GSUS H IPVol . 21 , No. 3 ( Serial 101) , June 2004 ( Bimonthly)TRA NSACTIO NS OF J IA NGS U P RO VI NCIAL SOCIETY OF NA VAL A RC HITECTURE A ND MA RI NE ENGI NEERI NGCO NTENTSJS 200423201D iscussion on deepen ing , thinn ing and opt imiz ing design of hull a ssemblage construct ion dra w2ing J i a n g S hi w en ( 1)T his paper recom men ded t he content of desi g n of h ul l asse m bl age const r uct ion d raw i n g . It det ai ledl y gi ves a n accou nt of t he concrete met hod a n d cor rel at ion meas u res on deepeni n g , t hi n ni n g a n d opt i m i z i n g desi g n of h ul l asse m bl age const r uct ion d raw i ng . A n d i t also i nt rod uces how to co2 operate w i t h shi pow ner a n d u ni t i n cha rge of const r uct ion to reachi ng t he i deal a nt ici pated ef f ect .JS 200423202D iscussion on sta bil ity checking of l ighterage in coa stal port W u Fu x i a n g ( 6)It w as di f f icul t to sat isf y t he st abi li t y de m a n d accor di n g to coast al nav i gat ion a rea f or li ghterages i n coast al port . M ost of t he m ca n meet t he st abi li t y checki n g de m a n d accor di n g to t he si t uat ion of real nav i gaion a rea w hich is def i l a di n g nav i gat ion a rea . It p roposes t he st abi li t y de m a n d f or t his ki n d of shi p shoul d m ake a dif f erence bet w een p ract ical si t uat ion a n d de m a n d si t uat ion .JS 200423203D iscussion on lock gate superimposing f loat cha mber L i Fen ( 8)T his paper gave a n accou nt of t he ca use of lock gate s u peri m posi n g f loat cha m ber w hen t he shi p lock w as bi g repai red . It ex pou n ds t he af f ect ion of st ressed com ponent f or dif f erent ki n ds of lock gate , a n d events shoul d pay at tent ion to. 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