人字門(mén)的設計優(yōu)化

2009年8月水運工程Aug. 2009第8期總第 430期Port & Waterway EngineeringNo. 8 Serial No.430人字門(mén)的設計優(yōu)化慎辰(中船第九設計研究院工程有限公司，上海200063)摘要:長(cháng)興造船基地一期工程三號線(xiàn)的船閘閘口門(mén)為40m寬人字門(mén)，是目前國內已建成的最寬的人字門(mén)。介紹人字門(mén).的關(guān)鍵部件一作 為旋轉中心軸的頂框和底樞、構成三鉸拱結構鉸點(diǎn)的支承部件以及液壓?jiǎn)㈤]機的設計思路。關(guān)鍵詞:船閘;人字門(mén);啟閉機中圖分類(lèi)號: U 641.3文獻標志碼: B文章編號: 1002- -4972(2009 )08 -0117-03Optimization of miter gate designSHEN Chen(China Shipbuilding NDRI Engineering Co, Lad, Shanghai 200063, China)Abstract: The 40 meters wide gate of lock 3 in Changxing shipbuilding base's phase I construction is thewidest miter gate in China. The design ideas of key components, such as the top and bttom pivots, supportingcomponent and hydraulic hoist, are introduced.Key words: shiplock; miter gate; hoist1人字門(mén)設計概況舶，閘首凈寬34 m,深45.2 m;擁有百年歷史的船閘的工作閘門(mén)一般采用的形式有人字門(mén)、巴拿馬運河人字門(mén)凈寬33 m;而本人字門(mén)凈寬40 m,平面直升門(mén)、橫拉門(mén)、弧形門(mén)等。其中人字門(mén)的深11 m,是目前國內最寬的人字門(mén)。應用最廣。它是由左右2扇各自繞其豎軸轉動(dòng)的人字門(mén)的結構特征決定了人字門(mén)越寬，單門(mén)葉組成，門(mén)在關(guān)閉時(shí)，門(mén)葉軸線(xiàn)與閘室的橫軸個(gè)門(mén)體懸臂越長(cháng)，這就給門(mén)體剛度控制帶來(lái)難線(xiàn)成- -定的夾角。兩扇門(mén)在斜接柱上互相支承而度。而人字門(mén)是兩扇門(mén)對關(guān)，必須控制門(mén)體懸形成三鉸拱。門(mén)在開(kāi)啟時(shí)，每扇門(mén)各自旋轉到閘臂后產(chǎn)生的變形，保證兩門(mén)體在關(guān)門(mén)時(shí)對接上,首兩側閘墻的門(mén)龕內，對通航凈尺寸沒(méi)有影響。形成相互支承，形成三鉸拱。另外，門(mén)越寬，長(cháng)興造船基地一期工程三號線(xiàn)，在港池和長(cháng)相應的啟閉油缸的行程也增大，油缸長(cháng)度長(cháng),江南港之間建有船閘，閘室有效長(cháng)度為240 m,變形更難控制。船閘內、外閘口口門(mén)寬度和閘室有效寬度為40 m。人字門(mén)的布置是人字門(mén)設計的首要問(wèn)題，它在近港池側的閘門(mén)采用的是人字門(mén)。其作用除了取決于2個(gè)因素:門(mén)葉軸線(xiàn)與船閘橫軸線(xiàn)夾角;船閘通航需要外，還能擋住廠(chǎng)區港池內的水，使門(mén)葉的旋轉中心的位置確定。門(mén)葉夾角的大小不之不致大量流失。僅影響門(mén)扇計算長(cháng)度，還影響三鉸拱的軸向壓力人字門(mén)作為船閘工作閘門(mén)常采用的形式，一及對閘墻邊墩的水平推力: 夾角大，則門(mén)葉的長(cháng)般用在門(mén)閘口寬度較小的場(chǎng)所，如國內最大的船度Y中國煤化工小，對閘墻邊墩閘為長(cháng)江三峽雙線(xiàn)五級船閘，通航3 000 t級船的水CNMHG,則門(mén)葉的長(cháng)度收稿日期: 2009-07-06作者簡(jiǎn)介:慎辰(1968-), 女，高級工程師，從事非標設備設計工作?！?18.水運工程2009年可減少，而三鉸拱的軸向壓力增加，對閘墻邊墩大的力。頂樞采用三角桁架式頂樞，拉桿軸和頂的水平推力也增大，要兼顧了門(mén)體長(cháng)度和力的大樞軸均連接在三角形剛性連接板上，并增設一連小關(guān)系。國內已建船閘中,較多采用22.59。而旋桿。當門(mén)葉轉動(dòng)時(shí)，摩擦力矩由剛性連接板承受,轉中心位置的確定，要注意分析左右兩扇門(mén)主橫從而拉桿不受彎矩作用，提高了拉桿的承載能力。梁所形成的三鉸拱的幾何關(guān)系，使旋轉中心不與頂樞軸承較大,采用內外圈分離的滾動(dòng)軸承，更三鉸拱的兩端鉸點(diǎn)重合，將其設在位于支承合力易現場(chǎng)安裝、調整更換(圖1)。線(xiàn)的上游，使門(mén)體結構所受水平作用力和軸向壓力的拉、壓應力部分抵消，受力更合理。另外，對關(guān)鍵部件一-作 為旋轉中心軸的頂樞和底樞、構成三鉸拱結構鉸點(diǎn)的支承部件、止水設計等從受力合理性、制作、安裝調整方便、易于維護等角度考慮，都采用了較好的結構型式,從而達到功能完善、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、維護方便的目的。人字門(mén)的主要技術(shù)參數如下:閘口凈寬: 40 m;閘頂高程: +4.8 m;圖1頂樞結構門(mén)體尺寸(寬x高x厚): 23.82 mx1 1.03 mx2.8 m;塢檻高程: - -6.0 m;2.2 底樞港池設計高水位+4.5 m,設計低水位+4.0 m;底樞是人字門(mén)的重要部件，是保證門(mén)葉自由閘室設計高水位+4.8 m,設計低水位-0.36 m轉動(dòng)的下部支承，主要承受門(mén)葉自重。它也是人(按極端低水位考慮) ;字門(mén)中最容易發(fā)生故障的部件。因此，選擇好的設計水位組合:港池設計高水位+4.5 m /閘室結構型式、設計合適的零部件非常關(guān)鍵。底樞主要設計低水位-0.36 m;分為固定底樞和微動(dòng)底樞兩類(lèi),本設計采用了微動(dòng)操作條件:靜水啟閉;底樞的形式，這樣半圓球軸只承受門(mén)葉自重,而將啟閉設備:液壓?jiǎn)㈤]機;自重產(chǎn)生的水平推力傳遞到閘墻上。由于底樞在水最大啟/閉力: 1 800 kN/900 kN;下轉動(dòng)，設計時(shí)考慮零部件維護困難，蘑菇軸頭上閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間: ~10 min;的軸瓦首次采用工程塑料合金，省去了潤滑油路系啟閉機最大設計行程: 7 m;統，避免了因潤滑系統油路堵塞而檢修不便的難電機功率: 90 kW。題。工程塑料合金具有自潤滑、免維護，高承載抗沖擊，抗腐蝕性好，鋼柔兼備,具有彈性、自2人 字門(mén)關(guān)鍵部件的優(yōu)化設計1-4恢復性等特點(diǎn)，廣泛應用在下水設備上。2.1頂樞承軸臺固定支座和扇形枕墊座做成- -體，可頂樞是用來(lái)防止門(mén)葉傾倒、保證門(mén)葉自由轉以通過(guò)加工控制兩者的位置關(guān)系，并作為其余枕動(dòng)的上部支承。在安裝檢修時(shí)，可以利用它調整墊的定位基準。門(mén)葉旋轉軸的位置,使軸線(xiàn)保持垂直。它一般由2中國煤化工根可調節長(cháng)度的拉桿組成，拉桿- - 端與在閘墻的水壓力的主要支承上錨定架鉸接，另一.端與固定在門(mén)葉上的承軸結YCNMH G部件，定人子門(mén)班成二議供相構的鉸點(diǎn)，分別布構連接，該結構的缺點(diǎn)是門(mén)葉轉動(dòng)時(shí)，頂樞軸承置在斜接柱、門(mén)軸柱和閘墻上。內產(chǎn)生摩擦彎矩，拉桿受彎，因此，不能傳遞較目前國內中小型人字門(mén)一般采用分段塊式支、第8期慎辰:人字門(mén)的設計優(yōu)化●119.枕墊布置,這種結構具有調整工作量小、受力明和無(wú)桿腔處各設置了一只溢流閥和單向閥(補確的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，連續式支、枕墊塊的布置也油)，實(shí)現過(guò)載保護。另外，系統設置了性能可靠在運用，如長(cháng)江三峽雙線(xiàn)五級船閘，該形式的支、的平衡閥，閘門(mén)運行平穩且鎖定可靠。枕墊塊還兼作止水面，但它對支、枕墊塊制造要啟閉機的電氣控制系統采用人機對話(huà)界面,求高、安裝工作量大，澆注填料的密實(shí)度不易保具有多點(diǎn)監視與控制、泵站信息采集、人字門(mén)油缸行程實(shí)時(shí)顯示、故障報警、歷史故障查詢(xún)等功本設計根據水壓力自上而下由小變大的特點(diǎn),能，并能采用手動(dòng)/程控兩種模式進(jìn)行運行操作，支枕首次采用下部連續、上部分段的組合布置,可靠性高，功能完善。設計更合理，值得推廣。4特殊水位組合的安全保護裝置3啟閉機的設計思想人字門(mén)只承受單向水頭。根據水位資料:船閘人字門(mén)的啟閉設備采用的是2套雙作用、中內可能出現+4.8 m的水位，高于港池內+4.5 m的水間支承雙向擺動(dòng)安裝直聯(lián)式液壓?jiǎn)㈤]機，其油缸位，因而可能會(huì )出現存在一定反向水頭的工況。內徑與活塞桿直徑為D500/d300mm，行程達為使船閘水不致大量流人港池，并保護液壓7000mm。通過(guò)合理分配缸體前后的重量，確定啟閉機，采取了相應的措施一在兩扇門(mén)對接位置中間支承的位置，均可有效地控制油缸的初始撓設置了插銷(xiāo)和閉門(mén)鎖定裝置,使人字門(mén)受反向水度，也可有效地減小油缸導向副間的接觸壓力和頭后仍然能合攏，確保閘門(mén)安全。磨損。插銷(xiāo)位于兩扇門(mén)對接的下部，設計了一套螺臥式液壓?jiǎn)㈤]機各-套液壓系統，采用一用一桿機構，通過(guò)機構傳動(dòng)將銷(xiāo)軸插人或退出兩扇門(mén)備油泵一電機組，工作油泵故障時(shí)，可及時(shí)啟動(dòng)備對接處的銷(xiāo)孔座中。插銷(xiāo)操作在門(mén)頂工作橋上。用泵，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)來(lái)選擇工作的油泵-電機組。閉門(mén)鎖定裝置位于兩扇門(mén)門(mén)頂的連接部位。根據閘門(mén)運行阻力，將閘門(mén)運行初始和結束結構簡(jiǎn)單，工作可靠,解決了實(shí)際工程問(wèn)題。的速度降低，最大限度地減小在人字門(mén)啟閉機初始和結束的峰值阻力矩，啟閉機帶動(dòng)人字門(mén)進(jìn)行5結語(yǔ)“慢-快~慢”變速運行，并通過(guò)PLC設定不同的電長(cháng)興造船基地一期工程三號線(xiàn)人字門(mén)自投人流信號來(lái)控制電比例泵的輸出流量來(lái)實(shí)現，變速通航至今1年多的運行實(shí)踐表明:采用的各項技平穩、可靠、簡(jiǎn)單。術(shù)先進(jìn)、合理、可靠，達到了預期的效果。該船由于人字門(mén)是對關(guān)對開(kāi)的，因而二扇門(mén)必須閘的建成，將閘口口門(mén)寬度做到40m,超過(guò)了長(cháng)同步關(guān)閉。為實(shí)現兩扇門(mén)同步關(guān)閉，閉門(mén)動(dòng)作分2江三峽雙線(xiàn)五級船閘，寬度指標實(shí)現了新的跨越,次完成。閉門(mén)時(shí)，門(mén)體由啟閉機帶動(dòng)，開(kāi)度儀測量增大了船閘的通航尺度。到廣]體轉過(guò)全角度的90%左右時(shí)，控制先到位的門(mén)設計中較好地解決了一系列技術(shù)難點(diǎn)，為同體停下來(lái)，等待后到位的門(mén)體,然后兩者再同時(shí)啟類(lèi)閘門(mén)設計積累了工程經(jīng)驗，為我國水利事業(yè)在動(dòng)，完成最后5左右的轉動(dòng)。同步很容易實(shí)現。更高的技術(shù)水平上持續發(fā)展提供了工程實(shí)例。液壓系統也考慮了同步控制原理，通過(guò)安裝在兩油缸上的位移檢測裝置來(lái)檢測比較雙缸的行參考文獻:程誤差，由電控PLC向跟隨的電比例泵輸人電流095 *k利水由T程鋼閘門(mén)設計規范[SI].信號，從而控制跟隨的電比例泵的輸出流量來(lái)實(shí)[2中國煤化工ys現雙缸的全行程同步。[3YHCNMHG范[S].船閘運行中，有時(shí)會(huì )發(fā)生船只撞擊閘門(mén)的情(本文編輯郭雪珍)況。為避免油缸活塞桿受損,在系統油缸有桿腔