JTJ309-2005 船閘啟閉機設計規(guī)范

2.1一般規(guī)定 2.2啟閉機型式 2.3啟閉機布置 2.4啟閉機機房 3.1啟閉時間和速度 3.2啟閉機行程 3.3啟閉力 4機械傳動啟閉機設計 4.1啟閉機的工作級別 4.3零部件 4.5平衡重 5液壓傳動啟閉機設計 5.1液壓系統(tǒng) 5.2液壓組件 5.3油缸 附錄A推拉桿、活塞桿的強度和穩(wěn)定性計算 附加說明本規(guī)范主編單位、參加單位、主要起草人、總校人員和管理組人員名單 11.0.2本規(guī)范適用于內河I～VⅡ級船閘工作閘門和工作閥門啟閉機設計。船閘其他固定式啟閉機設計可參照執(zhí)行，移動式啟閉機設計可參照現(xiàn)行行業(yè)標準《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范》(SIA1)的有關規(guī)定執(zhí)行。1.0.5本規(guī)范應與船閘工程設計的其他規(guī)范配套使用。22.1.1同一條河流上相同門型的船閘啟閉機宜采用同一種型式。2.1.2啟閉機應設置備用動力設備。2.1.3當啟閉機采用電動和手動兩種驅動方式時，應設置聯(lián)鎖裝置。手動驅動裝置應裝設安全把手。2.1.4啟閉機應設置同步裝置。2.1.5啟閉機應運轉平穩(wěn)。工作閘門和工作閥門開關門運行至終點位置時，不得發(fā)生撞擊現(xiàn)象。2.1.6機械傳動啟閉機應設置安全制動裝置。液壓傳動啟閉機應具有鎖定功能。2.1.7啟閉機應設置行程限位裝置和超負荷保護裝置。必要時，應設置行程監(jiān)測裝置和荷載檢測裝置。2.1.8啟閉機液壓油的選擇應考慮環(huán)境溫度對油液性能的影響。2.1.9工作閘門啟閉機設計，應考慮水位波動和泥沙淤積對啟閉機的影響。2.1.10啟閉機設計應考慮環(huán)保和景觀要求。2.1.11弧型閘門啟閉機設計可參照現(xiàn)行行業(yè)標準《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范》(SL41)的有關規(guī)定執(zhí)行。2.2啟閉機型式2.2.1啟閉機可分為機械傳動啟閉機和液壓傳動啟閉機等型式。啟閉機機型應根據(jù)工作閘門和工作閥門的型式、船閘布置條件、使用要求和加工制造等因素確定。32.2.2人字閘門、三角閘門和一字閘門啟閉機宜選用液壓傳動啟閉機。2.2.3小行程平面閘門啟閉機宜選用液壓傳動啟閉機，大行程平面閘門啟閉機宜選用機械傳動啟閉機。2.2.4橫拉閘門啟閉機宜選用機械傳動啟閉機。2.2.5工作閥門啟閉機宜選用液壓傳動啟閉機。2.3啟閉機布置2.3.1啟閉機布置應根據(jù)工作閘門和工作閥門型式、啟閉機型式、啟閉力、啟閉行程和閘首布置等綜合比較確定。2.3.2啟閉機布置不得影響船閘的通航凈空尺度。2.3.3啟閉機宜安裝在船閘設計最高通航水位以上，并應考慮啟閉機檢修方便。2.4啟閉機機房2.4.1啟閉機宜設置機房。機房的平面尺寸和凈空高度應滿足啟閉機安裝、檢修、吊運和電氣設備布置要求，并應考慮機房的通風、照明和給排水要求。2.4.2機房必須配備相應的消防設備。2.4.3嚴寒和炎熱地區(qū)的啟閉機機房宜設置調溫設施。43啟閉機設計參數(shù)3.1啟閉時間和速度3.1.2采用機械傳動啟閉機的平面閘門，升降速度不宜大于3.1.3采用機械傳動啟閉機的橫拉閘門，橫移速度不宜大于3.1.4液壓傳動啟閉機液壓缸內活塞的最大移動速度不宜大于3.1.5工作閥門啟閉機的啟閉時間，應符合《船閘輸水系統(tǒng)設計規(guī)范》(JTJ306)的有關規(guī)定。3.2啟閉機行程3.2.1啟閉機行程除應滿足工作閘門和工作閥門的運行要求外，尚應留有富裕度。3.2.2橫拉閘門啟閉機行程應考慮閘門檢修的需要。3.3.1啟閉機的額定啟閉力應根據(jù)工作閘門和工作閥門啟閉所需的最大啟閉力矩或最大啟閉力確定。3.3.2啟閉機的啟閉力，應按現(xiàn)行行業(yè)標準《船閘閘閥門設計規(guī)54機械傳動啟閉機設計4.1.1啟閉機的工作級別應根據(jù)設計壽命和荷載狀態(tài)劃分為四啟閉機的工作級別表4.1.1工作級別總設計壽命(h)4.2.1啟閉機的驅動裝置應選用交流電動機。當選用直流電動4.2.2啟閉機的驅動裝置宜采用Y系列異步電動機。4.2.3電動機的額定功率應按電動機靜功率和負荷持續(xù)率確定。K——克服慣性的功率增大系數(shù)，平面閘門和工作閥門取64.3.1啟閉機零部件應按正常工作時的最大荷載進行設計。4.3.2啟閉機的齒輪、齒條、蝸輪和蝸桿設計應符合國家現(xiàn)行標4.3.3啟閉機應設置工作制動器和安全制動器。啟閉機的制動器應根據(jù)制動力矩的大小選用電磁式或電液式。制動器的制動力矩應滿足下列要求：(1)平面閘門和工作閥門取制動軸靜力矩的1.75～2.25倍；矩的1.2～1.5倍。4.3.4啟閉機推拉桿強度和穩(wěn)定性應按附錄A的有關規(guī)定進行4.3.5人字閘門和三角閘門的推拉桿應設置緩沖裝置。緩沖裝置應按推拉桿最大工作荷載的1.2倍設計，件變形的要求。4.4.1卷揚式機械傳動啟閉機宜選用交繞線接觸鋼絲繩。出入水的鋼絲繩宜選用鍍鋅金屬芯鋼絲繩，雙吊點啟閉機宜選用預拉鋼絲繩。4.4.2鋼絲繩的破斷拉力應滿足下式要求：式中Fo——鋼絲繩破斷拉力(N);S—鋼絲繩最大工作靜拉力(N);75Q?-中、0?—重64.4.3卷揚式機械傳動啟閉機的卷筒和滑輪最小纏繞直徑可按式(4.4.3)計算。平衡滑輪直徑不應小于滑輪最小纏繞直徑的式中Domin——卷筒和滑輪最小纏繞直徑(mm);e-—卷筒和滑輪系數(shù)，見表4.4.3;d——鋼絲繩直徑(mm)。Q?—輕、Q,一輕4.4.4卷筒的強度和穩(wěn)定性驗算應按現(xiàn)行行業(yè)標準《水利水電工程啟閉機設計規(guī)范》(SL41)的有關規(guī)定執(zhí)行。4.4.5鋼絲繩的偏斜角(圖4.4.5)的允許值應滿足下列各式的要式中Yo——鋼絲繩在滑輪上的偏斜角(0);γ?——卷筒上鋼絲繩偏斜方向與繩槽螺紋方向相同時，鋼絲繩與卷筒軸的垂直平面的夾角(0);8γz-卷筒上鋼絲繩偏斜方向與繩槽螺紋方向相反時，鋼絲繩與卷筒軸的垂直平面的夾角(°)。圖4.4.5鋼絲繩在滑輪和卷筒上的偏斜角4.4.6滑輪應設置防止鋼絲繩脫槽的裝置。4.5.1機械傳動啟閉機平衡重的配置應遵循下列原則：(1)減少啟門力；(2)具有足夠的閉門力；(3)降低能耗。95液壓傳動啟閉機設計5.1.1液壓系統(tǒng)設計應符合下列規(guī)定。5.1.1.1液壓系統(tǒng)的油路設計應滿足啟閉機運行的要求，并經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后確定。鎖定閥組宜靠近油缸出油口處設置。5.1.1.3泵站應設置備用電機和油泵，并宜采用旁置式布置。5.1.1.4油泵電機組應設置減振裝置，噪聲不應大于85dB。5.1.1.5泵站的閥件和管件等宜集成化。5.1.1.6油路應設置排氣裝置。5.1.2液壓系統(tǒng)最高工作壓力宜取16～20MPa。5.1.3系統(tǒng)試驗壓力應滿足下列要求：(1)當系統(tǒng)最高工作壓力不大于16MPa時，系統(tǒng)試驗壓力取1.5倍的系統(tǒng)最高工作壓力；(2)當系統(tǒng)最高工作壓力大于16MPa時，系統(tǒng)試驗壓力取1.25倍的系統(tǒng)最高工作壓力。5.1.4油缸試驗壓力應滿足下列要求：(1)當油缸最高工作壓力不大于16MPa時，油缸試驗壓力取1.5倍的油缸最高工作壓力；(2)當油缸最高工作壓力大于16MPa時，油缸試驗壓力取1.25倍的油缸最高工作壓力。5.1.5液壓系統(tǒng)應進行壓力損失驗算。壓力損失應包括沿程壓力損失、局部壓力損失和閥件壓力損失。5.1.6液壓油可根據(jù)液壓泵的類型、工作壓力和工作溫度等選5.1.7液壓油應具有良好的粘溫特性、潤滑性、抗氧化性和抗燃5.2.1油泵型式應根據(jù)系統(tǒng)對油泵格和驅動油泵功率應根據(jù)油泵所需最高工作壓力和所需最大工作流量確定。5.2.2油泵最高工作壓力應按下式計算：Ps——液壓系統(tǒng)最高工作壓力(MPa);P——油缸最高工作壓力(MPa);E△P——管路系統(tǒng)各項壓力損失總和(MPa)。Qs——液壓系統(tǒng)最大工作流量(m3/s);式中驅動油泵功率應按下式計算：N——驅動油泵功率(kW);Ps——液壓系統(tǒng)最高工作壓力(MPa);Qs——液壓系統(tǒng)最大工作流量(m3/s);η——油泵的總效率，按油泵產(chǎn)品樣本或表5.2.4選用，定油泵的總效率表5.2.4油泵名稱齒輪泵葉片泵總效率5.2.5閥件應滿足液壓系統(tǒng)運行要求。閥件的壓力和流量應留有一定的富裕量。5.2.6管道設計應符合下列規(guī)定。5.2.6.1管道尺寸應根據(jù)液壓系統(tǒng)最高工作壓力、液壓油通過管道的最大流量和允許流速確定，并應按下列公式計算：Q——液壓油通過管道的最大流量(m2/s);V——液壓油通過管道的允許流速(m/s),按表5.2.6選Ps——液壓系統(tǒng)最高工作壓力(MPa);[o]——油管材料的容許應力(MPa),銅管的容許應力不大于og——油管材料的抗拉強度(MPa);K?—安全系數(shù)，當Ps≤7MPa時，取8;當7MPa<Ps≤允許流速(m/s吸油管道壓油管道油的粘度小時取大值總回油管道短管道和管道局部收縮處5.2.6.2管路布置應短捷，管子彎曲處角度不得小于90°,最小彎曲半徑應大于管外徑的3倍。5.2.6.3軟管不應拉緊、扭轉和摩擦。軟管接頭至起彎點的直線段長度不得小于軟管外徑的6倍，彎曲半徑不得小于軟管外徑的10倍。應符合下列規(guī)定。5.2.7.1油箱有效容積宜按泵組每分鐘最大排量的5～7倍計算，并應根據(jù)油缸工作狀態(tài)下的最大回油量綜合確定。5.2.7.2過濾器應按使用要求設置，過濾能力應大于通過流量的2倍，過濾精度應按液壓元件的要求確定。5.2.7.3吸油管與回油管之間應設置隔板。5.2.7.4油箱宜設置除濕空氣過濾器、熱交換器、油位計和溫度計等。5.2.7.5油箱內壁嚴禁涂刷油漆。5.2.8管道和油箱宜采用不銹鋼材料。5.3.1油缸壁厚可按下列公式計算：P-—油缸最高工作壓力(MPa);5.3.6啟閉機與工作閘門或工作閥門宜采用球鉸聯(lián)接或十字鉸聯(lián)接。654心心附錄B本規(guī)范用詞用語說明B.0.1為便于在執(zhí)行本規(guī)范條文時區(qū)別對待，對要求嚴格程度的用詞用語說明如下：(2)表示嚴格，在正常情況下均應這樣做的：(3)對表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應這樣做的：B.0.2條文中指定應按其他有關標準、規(guī)范執(zhí)行時，寫法為“應主要起草人、總校人員和管理組人員名單主編單位：中交水運規(guī)劃設計院參加單位：江蘇省交通規(guī)劃設計院四川省交通廳交通勘察設計研究院主要起草人：張國維(中交水運規(guī)劃設計院)黃潼(中交水運規(guī)劃設計院)(以下按姓氏筆畫為序)王志成(江蘇省交通規(guī)劃設計院)陳銀鋒(中交水運規(guī)劃設計院)陳銀鋒袁克忠(四川省交通廳交通勘察設計研究院)總校人員名單：李永恒(交通部水運司)何文輝(交通部水運司)吳敦龍(中交水運規(guī)劃設計院)張國維(中交水運規(guī)劃設計院)黃潼(中交水運規(guī)劃設計院)龍友(中交水運規(guī)劃設計院)董方(人民交通出版社)管理組人員名單：張國維(中交水運規(guī)劃設計院)劉洪波(中交水運規(guī)劃設計院)龍友(中交水運規(guī)劃設計院)吳立新(中交水運規(guī)劃設計院)船閘啟閉機設計規(guī)范 2.2啟閉機型式 2.3啟閉機布置 3.1啟閉時間和速度 3.2啟閉機行程 4機械傳動啟閉機設計 4.1啟閉機的工作級別 4.2電動機 4.3零部件 5.1液壓系統(tǒng) 5.2液壓組件 5.3油缸 2.1.1推薦同一條河流上相同門型采用同一種型式啟閉機，是為了給管理和維修保養(yǎng)提供便利。2.1.2大中型船閘和工作繁忙的小型船閘，設一臺動力設備時，一旦發(fā)生事故，將造成航道堵塞，因此推薦設置備用動力設備。2.1.4設置同步裝置是為了保證上述工作閘門和工作閥門在運行過程中不致歪斜和卡住，保證閘門底止水正常工作。2.1.5要求啟閉機運轉平穩(wěn)是為了保證工作閘門運轉平穩(wěn)，防止閘門在運行過程中產(chǎn)生間斷或跳躍式的運動現(xiàn)象。工作閘門和工作閥門開關門運行至終點位置規(guī)定不得發(fā)生撞擊，是為了防止撞壞閘門和止水。2.1.6啟閉機設置制動裝置，主要是為了能控制工作閘門、工作閥門的運行位置和保證閘門和閥門的運行安全。提升閘門在開啟位置時必須制動，以防止閘門下滑；人字閘門需在開啟位置長期停留，也需要將閘門制動，以防風浪推動閘門。2.1.7工作閘門和工作閥門啟閉機設行程限位裝置，是為了保證工作閘門和工作閥門在設計行程范圍內運行，防止工作閘門和工作閥門在運行到終了位置時產(chǎn)生撞擊，避免啟閉機的傳動構件由于撞擊而損壞。設置荷載保護裝置，是為了保護閘門和閥門及啟閉機的安全，避免事故的發(fā)生。2.1.8由于常用液壓油的粘度隨著溫度的降低而升高，所以在選擇液壓油時要考慮環(huán)境溫度對油液性能的影響。2.1.9由于水利樞紐的運行或船閘灌泄水超灌超泄產(chǎn)生的反向水位差對閘門造成較大影響時，可能會使油缸活塞桿扭曲、變形，啟閉機損壞，船閘不能正常工作，影響船閘的正常運行，因此在啟閉機設計時應考慮此影響。2.2啟閉機型式2.2.2液壓傳動啟閉機加工件較少，選用的標準件較多，且油缸的加工已形成規(guī)模，不存在加工技術問題，因此推薦人字閘門、三角閘門和一字閘門采用液壓傳動啟閉機。2.2.3～2.2.4大行程平面閘門和橫拉閘門，開關門行程較長，當超過油缸長度的加工范圍時，液壓傳動的啟閉機就難以滿足要求故推薦采用機械傳動的啟閉機。2.3啟閉機布置2.3.3本條規(guī)定是為了保證啟閉機主要電氣設備不至于淹沒在水中。3啟閉機設計參數(shù)3.1啟閉時間和速度3.1.1~3.1.4條文規(guī)定的內容是根據(jù)國內外多座船閘資料和相關標準統(tǒng)計分析提出的。3.2啟閉機行程3.2.1本條規(guī)定啟閉機行程留有適當?shù)母辉６仁菫榱诉m應閘門的塌拱、位移和安裝調整對行程的影響。4機械傳動啟閉機設計4.1啟閉機的工作級別4.1.1船閘啟閉機用于不同門型、機型和航道，彼此工作狀況差異很大。通航水位的變化使啟閉機在實際工作過程中承受的荷載也是變化的。對啟閉機的工作級別進行劃分，給啟閉機機構設計提供一個合理的基礎，也為用戶和制造廠家進行協(xié)商時提供一個考慮疲勞強度，所以機構的工作級別即為啟閉機的工作級別。荷載狀態(tài)表明啟閉機受載的輕重程度。表4.1.1中“經(jīng)常啟閉輕的現(xiàn)的天數(shù)很少，經(jīng)常在較低通航水位下工作?！坝袝r啟閉額定荷現(xiàn)的天數(shù)較少，經(jīng)常在中等通航水位下工作?！敖?jīng)常啟閉額定荷作荷載。啟閉機設計工作總小時數(shù)只是理論上的規(guī)定，不作為壽多為重復短時工作制，對電動機最大轉矩與額定轉矩比值要求較船閘啟閉機的要求；直流電動機雖然具有較大的過載能力，調速比大，起動性能好，但系統(tǒng)比較復雜，投資較大，故推薦交流電動機。4.2.2Y系列異步電動機為鼠籠結構，價格便宜，適用于中小容量、啟動次數(shù)不多和沒有調速要求的情況下使用，因此推薦采用Y系列異步電動機。4.2.3電動機的負荷持續(xù)率為10分鐘內啟閉機工作時間所占的百分數(shù)。4.2.4平面閘門和工作閥門的啟閉機主要是重力負載，起升為阻力，下降為動力，類似起重機的起升機構，因此，計算電動機靜功率時，克服慣性的功率增大系數(shù)K取為1.0;人字閘門、三角閘門、一字閘門和橫拉閘門的啟閉機主要是阻力負載，類似起重機的運行機構，計算時要考慮慣性力，參考有關資料，克服慣性的功率增大系數(shù)K取為1.1～1.2。機構的總傳動效率是傳動系統(tǒng)中所有運動副的效率，包括繩索卷繞效率。4.3.3本條規(guī)定是根據(jù)啟閉機工作情況，參照國內外有關資料制定的。對平面閘門和工作閥門考慮到船閘啟閉機的實際使用情況和閘門下過船、過人的安全要求，規(guī)定其制動安全系數(shù)為1.75~2.25;對橫拉閘門，考慮運行機構的制動器，要求制動安全系數(shù)較低，通常以保證在不工作時能“持住”即可，可以用較小的制動安全系數(shù)，故對橫拉閘門制動器的制動力矩取為1.2～1.5。4.3.4為保證推拉桿或連桿的正常工作，參考國內有關資料制定本條文。為避免桿件柔度太大，在自重下較大的撓度和在運輸、安裝中發(fā)生變形，以致使桿件受力時增加初彎曲和初偏心，降低安全電工程鋼閘門設計規(guī)范》(DL/T5039—95)的規(guī)定，本規(guī)范對推拉桿的長細比規(guī)定為不大于120。4.3.5推拉桿緩沖裝置的最大工作荷載是根據(jù)國內已建工程經(jīng)驗確定的。4.4.1在相同直徑、相同材料條件下，線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩壽命可提高1.5～2.0倍，故宜選用交繞線接觸鋼絲繩；船閘啟閉機鋼絲繩多處于水下或接近水面工作，銹蝕成為影響鋼絲繩壽命的主要因素，因此出入水鋼絲繩宜選用鍍鋅金屬芯鋼絲繩；雙吊點啟閉機宜采用預拉鋼絲繩，是為了更好的實現(xiàn)同步。4.4.2船閘啟閉機的鋼絲繩多數(shù)在水下或出入水中工作，繞繩系統(tǒng)布置比較復雜，鋼絲繩破斷后更換困難，往往造成停航，影響較大；對于提升閘門，船舶需要從閘門下經(jīng)過，鋼絲繩破斷會造成嚴重后果。根據(jù)起重機設計規(guī)范和相關行業(yè)標準，按鋼絲繩所在機構工作級別有關的安全系數(shù)選擇鋼絲繩直徑，所選鋼絲繩的破斷拉力應滿足式4.4.2的要求。該方法比較簡單、常用，因此予以推薦。鋼絲繩的安全系數(shù)和《起重機設計規(guī)范》(GB3811—83)中相比，本規(guī)范提高了一級。這是因為閘門荷載在水下，鋼絲繩也比較潮濕，前蘇聯(lián)《水工建筑物的啟閉機械》一書中提到關于輕級工作制的鋼絲繩安全系數(shù)不小于5,中級工作制不小于5.5;前蘇聯(lián)《起重機運輸機械圖集》提出對于機動的鋼絲繩其輕級的安全系數(shù)不小于5。所以本規(guī)范中鋼絲繩安全系數(shù)取Q?一輕為