2009年8月水運(yùn)工程Aug. 2009第8期總第 430期Port & Waterway EngineeringNo. 8 Serial No.430人字門的設(shè)計(jì)優(yōu)化慎辰(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063)摘要:長興造船基地一期工程三號(hào)線的船閘閘口門為40m寬人字門，是目前國內(nèi)已建成的最寬的人字門。介紹人字門.的關(guān)鍵部件一作 為旋轉(zhuǎn)中心軸的頂框和底樞、構(gòu)成三鉸拱結(jié)構(gòu)鉸點(diǎn)的支承部件以及液壓啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)思路。關(guān)鍵詞:船閘;人字門;啟閉機(jī)中圖分類號(hào): U 641.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文章編號(hào): 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人字門設(shè)計(jì)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一般采用的形式有人字門、巴拿馬運(yùn)河人字門凈寬33 m;而本人字門凈寬40 m,平面直升門、橫拉門、弧形門等。其中人字門的深11 m,是目前國內(nèi)最寬的人字門。應(yīng)用最廣。它是由左右2扇各自繞其豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的人字門的結(jié)構(gòu)特征決定了人字門越寬，單門葉組成，門在關(guān)閉時(shí)，門葉軸線與閘室的橫軸個(gè)門體懸臂越長，這就給門體剛度控制帶來難線成- -定的夾角。兩扇門在斜接柱上互相支承而度。而人字門是兩扇門對(duì)關(guān)，必須控制門體懸形成三鉸拱。門在開啟時(shí)，每扇門各自旋轉(zhuǎn)到閘臂后產(chǎn)生的變形，保證兩門體在關(guān)門時(shí)對(duì)接上,首兩側(cè)閘墻的門龕內(nèi)，對(duì)通航凈尺寸沒有影響。形成相互支承，形成三鉸拱。另外，門越寬，長興造船基地一期工程三號(hào)線，在港池和長相應(yīng)的啟閉油缸的行程也增大，油缸長度長,江南港之間建有船閘，閘室有效長度為240 m,變形更難控制。船閘內(nèi)、外閘口口門寬度和閘室有效寬度為40 m。人字門的布置是人字門設(shè)計(jì)的首要問題，它在近港池側(cè)的閘門采用的是人字門。其作用除了取決于2個(gè)因素:門葉軸線與船閘橫軸線夾角;船閘通航需要外，還能擋住廠區(qū)港池內(nèi)的水，使門葉的旋轉(zhuǎn)中心的位置確定。門葉夾角的大小不之不致大量流失。僅影響門扇計(jì)算長度，還影響三鉸拱的軸向壓力人字門作為船閘工作閘門常采用的形式，一及對(duì)閘墻邊墩的水平推力: 夾角大，則門葉的長般用在門閘口寬度較小的場(chǎng)所，如國內(nèi)最大的船度Y中國煤化工小，對(duì)閘墻邊墩閘為長江三峽雙線五級(jí)船閘，通航3 000 t級(jí)船的水CNMHG,則門葉的長度收稿日期: 2009-07-06作者簡介:慎辰(1968-), 女，高級(jí)工程師，從事非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)工作?！?18.水運(yùn)工程2009年可減少，而三鉸拱的軸向壓力增加，對(duì)閘墻邊墩大的力。頂樞采用三角桁架式頂樞，拉桿軸和頂?shù)乃酵屏σ苍龃?，要兼顧了門體長度和力的大樞軸均連接在三角形剛性連接板上，并增設(shè)一連小關(guān)系。國內(nèi)已建船閘中,較多采用22.59。而旋桿。當(dāng)門葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，摩擦力矩由剛性連接板承受,轉(zhuǎn)中心位置的確定，要注意分析左右兩扇門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(zhuǎn)中心不與頂樞軸承較大,采用內(nèi)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(shè)在位于支承合力易現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)整更換(圖1)。線的上游，使門體結(jié)構(gòu)所受水平作用力和軸向壓力的拉、壓應(yīng)力部分抵消，受力更合理。另外，對(duì)關(guān)鍵部件一-作 為旋轉(zhuǎn)中心軸的頂樞和底樞、構(gòu)成三鉸拱結(jié)構(gòu)鉸點(diǎn)的支承部件、止水設(shè)計(jì)等從受力合理性、制作、安裝調(diào)整方便、易于維護(hù)等角度考慮，都采用了較好的結(jié)構(gòu)型式,從而達(dá)到功能完善、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、維護(hù)方便的目的。人字門的主要技術(shù)參數(shù)如下:閘口凈寬: 40 m;閘頂高程: +4.8 m;圖1頂樞結(jié)構(gòu)門體尺寸(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(shè)計(jì)高水位+4.5 m,設(shè)計(jì)低水位+4.0 m;底樞是人字門的重要部件，是保證門葉自由閘室設(shè)計(jì)高水位+4.8 m,設(shè)計(jì)低水位-0.36 m轉(zhuǎn)動(dòng)的下部支承，主要承受門葉自重。它也是人(按極端低水位考慮) ;字門中最容易發(fā)生故障的部件。因此，選擇好的設(shè)計(jì)水位組合:港池設(shè)計(jì)高水位+4.5 m /閘室結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計(jì)合適的零部件非常關(guān)鍵。底樞主要設(shè)計(jì)低水位-0.36 m;分為固定底樞和微動(dòng)底樞兩類,本設(shè)計(jì)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葉自重,而將啟閉設(shè)備:液壓啟閉機(jī);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(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮零部件維護(hù)困難，蘑菇軸頭上閘門開啟時(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(jī)最大設(shè)計(jì)行程: 7 m;統(tǒng)，避免了因潤滑系統(tǒng)油路堵塞而檢修不便的難電機(jī)功率: 90 kW。題。工程塑料合金具有自潤滑、免維護(hù)，高承載抗沖擊，抗腐蝕性好，鋼柔兼?zhèn)?具有彈性、自2人 字門關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)1-4恢復(fù)性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在下水設(shè)備上。2.1頂樞承軸臺(tái)固定支座和扇形枕墊座做成- -體，可頂樞是用來防止門葉傾倒、保證門葉自由轉(zhuǎn)以通過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(diào)整墊的定位基準(zhǔn)。門葉旋轉(zhuǎn)軸的位置,使軸線保持垂直。它一般由2中國煤化工根可調(diào)節(jié)長度的拉桿組成，拉桿- - 端與在閘墻的水壓力的主要支承上錨定架鉸接，另一.端與固定在門葉上的承軸結(jié)YCNMH G部件，定人子門班成二議供相構(gòu)的鉸點(diǎn)，分別布構(gòu)連接，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是門葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，頂樞軸承置在斜接柱、門軸柱和閘墻上。內(nèi)產(chǎn)生摩擦彎矩，拉桿受彎，因此，不能傳遞較目前國內(nèi)中小型人字門一般采用分段塊式支、第8期慎辰:人字門的設(shè)計(jì)優(yōu)化●119.枕墊布置,這種結(jié)構(gòu)具有調(diào)整工作量小、受力明和無桿腔處各設(shè)置了一只溢流閥和單向閥(補(bǔ)確的優(yōu)點(diǎn)。近年來，連續(xù)式支、枕墊塊的布置也油)，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。另外，系統(tǒng)設(shè)置了性能可靠在運(yùn)用，如長江三峽雙線五級(jí)船閘，該形式的支、的平衡閥，閘門運(yùn)行平穩(wěn)且鎖定可靠。枕墊塊還兼作止水面，但它對(duì)支、枕墊塊制造要啟閉機(jī)的電氣控制系統(tǒng)采用人機(jī)對(duì)話界面,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(jiān)視與控制、泵站信息采集、人字門油缸行程實(shí)時(shí)顯示、故障報(bào)警、歷史故障查詢等功本設(shè)計(jì)根據(jù)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(yùn)行操作，支枕首次采用下部連續(xù)、上部分段的組合布置,可靠性高，功能完善。設(shè)計(jì)更合理，值得推廣。4特殊水位組合的安全保護(hù)裝置3啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)思想人字門只承受單向水頭。根據(jù)水位資料:船閘人字門的啟閉設(shè)備采用的是2套雙作用、中內(nèi)可能出現(xiàn)+4.8 m的水位，高于港池內(nèi)+4.5 m的水間支承雙向擺動(dòng)安裝直聯(lián)式液壓啟閉機(jī)，其油缸位，因而可能會(huì)出現(xiàn)存在一定反向水頭的工況。內(nèi)徑與活塞桿直徑為D500/d300mm，行程達(dá)為使船閘水不致大量流人港池，并保護(hù)液壓7000mm。通過合理分配缸體前后的重量，確定啟閉機(jī)，采取了相應(yīng)的措施一在兩扇門對(duì)接位置中間支承的位置，均可有效地控制油缸的初始撓設(shè)置了插銷和閉門鎖定裝置,使人字門受反向水度，也可有效地減小油缸導(dǎo)向副間的接觸壓力和頭后仍然能合攏，確保閘門安全。磨損。插銷位于兩扇門對(duì)接的下部，設(shè)計(jì)了一套螺臥式液壓啟閉機(jī)各-套液壓系統(tǒng)，采用一用一桿機(jī)構(gòu)，通過機(jī)構(gòu)傳動(dòng)將銷軸插人或退出兩扇門備油泵一電機(jī)組，工作油泵故障時(shí)，可及時(shí)啟動(dòng)備對(duì)接處的銷孔座中。插銷操作在門頂工作橋上。用泵，通過切換開關(guān)來選擇工作的油泵-電機(jī)組。閉門鎖定裝置位于兩扇門門頂?shù)倪B接部位。根據(jù)閘門運(yùn)行阻力，將閘門運(yùn)行初始和結(jié)束結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠,解決了實(shí)際工程問題。的速度降低，最大限度地減小在人字門啟閉機(jī)初始和結(jié)束的峰值阻力矩，啟閉機(jī)帶動(dòng)人字門進(jìn)行5結(jié)語“慢-快~慢”變速運(yùn)行，并通過PLC設(shè)定不同的電長興造船基地一期工程三號(hào)線人字門自投人流信號(hào)來控制電比例泵的輸出流量來實(shí)現(xiàn)，變速通航至今1年多的運(yùn)行實(shí)踐表明:采用的各項(xiàng)技平穩(wěn)、可靠、簡單。術(shù)先進(jìn)、合理、可靠，達(dá)到了預(yù)期的效果。該船由于人字門是對(duì)關(guān)對(duì)開的，因而二扇門必須閘的建成，將閘口口門寬度做到40m,超過了長同步關(guān)閉。為實(shí)現(xiàn)兩扇門同步關(guān)閉，閉門動(dòng)作分2江三峽雙線五級(jí)船閘，寬度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了新的跨越,次完成。閉門時(shí)，門體由啟閉機(jī)帶動(dòng)，開度儀測(cè)量增大了船閘的通航尺度。到廣]體轉(zhuǎn)過全角度的90%左右時(shí)，控制先到位的門設(shè)計(jì)中較好地解決了一系列技術(shù)難點(diǎn)，為同體停下來，等待后到位的門體,然后兩者再同時(shí)啟類閘門設(shè)計(jì)積累了工程經(jīng)驗(yàn)，為我國水利事業(yè)在動(dòng)，完成最后5左右的轉(zhuǎn)動(dòng)。同步很容易實(shí)現(xiàn)。更高的技術(shù)水平上持續(xù)發(fā)展提供了工程實(shí)例。液壓系統(tǒng)也考慮了同步控制原理，通過安裝在兩油缸上的位移檢測(cè)裝置來檢測(cè)比較雙缸的行參考文獻(xiàn):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程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范[SI].信號(hào)，從而控制跟隨的電比例泵的輸出流量來實(shí)[2中國煤化工ys現(xiàn)雙缸的全行程同步。[3YHCNMHG范[S].船閘運(yùn)行中，有時(shí)會(huì)發(fā)生船只撞擊閘門的情(本文編輯郭雪珍)況。為避免油缸活塞桿受損,在系統(tǒng)油缸有桿腔