大型卷筒繩槽底徑測量方法淺析

張根啟，曾峰

（杭州華電工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概述

通航過壩方式分船閘和升船機2 種, 船閘使用較多。葛洲壩1#,2#,3#船閘均已安全運行了20 多年,三峽工程雙線五級船閘也在2003 年實施通航。但船閘通航時間及水資源利用較大，近幾十年來,隨著機械制造和自動控制技術(shù)的提高,升船機這一過壩的快速通道有了較大的發(fā)展。升船機的規(guī)模越來越大,形式越來越新穎，技術(shù)也越來越先進。升船機按運船方式可分為干運和濕運2 大類；按照運船的方向又可分為垂直升船機和斜面升船機2 種。垂直升船機根據(jù)垂直升船機的提升裝置可以分為鋼絲繩卷揚式、齒輪齒條爬升式、浮筒式以及水力浮動式轉(zhuǎn)矩平衡重升船機幾種類型。其中鋼絲繩卷揚式全平衡升船機由于投資小，維護費用低已應(yīng)用于福建水口、烏江思林、沙沱。卷筒繩槽底徑的絕對和相對偏差控制是運行質(zhì)量的保證，但卷筒螺旋式繩槽底徑的具體數(shù)值不能直接進行測量，現(xiàn)對幾種測量方法進行探討。

2 結(jié)構(gòu)型式

垂直升船機全平衡式提升機構(gòu)示意圖

1-卷筒；2-同步軸；3-定滑輪；4-轉(zhuǎn)向裝置；5-鋼絲繩；6-靜力平衡重；7-定滑輪平衡重；8-轉(zhuǎn)矩平衡重

（1） 卷筒組主要由卷筒體、卷筒軸及軸承、花鍵套、制動盤、軸承座、鋼絲繩壓板及連接件等組成。

（2） 卷筒名義直徑一般≥3000mm，技術(shù)要求一般繩槽表面粗糙度Ra3.2，繩槽底徑的制造公差應(yīng)滿足圖樣要求，且最大不超過0.5mm，所有卷筒繩槽底徑相對差值不大于0.3mm。

（3） 因500T 級以上升船機提升卷筒4 或8 套，為使船廂運行平穩(wěn)，各吊點受力均勻，對各卷筒間繩槽底徑相對差要求較高，所以對卷筒的繩槽底徑控制極為重要。

3 升船機卷筒繩槽底徑測量方法淺析

由于現(xiàn)在檢測手段及卷筒繩槽（繩槽為螺旋式，不形成交匯點）實際情況，還不能直接測量卷筒繩槽底徑，只能間接測量反算推理得出數(shù)值。主要存在以下測量方法：

3.1 加工車床進給量測量法

測量方法：在加工車床上進行測量，當卷筒加工至圖紙要求底徑深度時，用加工刀具接觸卷筒邊緣未加工繩槽處為初始數(shù)值，然后利用加工刀具至繩槽底徑，進刀量的數(shù)值即為繩槽的理論數(shù)值。此底徑深度誤差由車床的加工精度及刀具至繩槽底部接觸點偏差決定，測量時間有局限性，數(shù)值只能在卷筒處于機床時測量。

3.2 深度尺檢測升船機卷筒繩槽底徑

測量方法：第一，在卷筒繩槽完成精車之后，檢驗者應(yīng)進行繩槽弧度樣板的貼合，弧度樣板與繩槽的貼合率不應(yīng)低于95%；第二，檢驗者應(yīng)進行卷筒外徑檢測(檢測精度可為0.02mm)，測量卷筒外徑為D；第三，檢驗者應(yīng)進行卷筒繩槽深度的檢測(檢測精度可為0.02mm)，測量卷筒繩槽深度為h；第四，檢驗者應(yīng)進行卷筒繩槽底徑的計算：卷筒繩槽底徑d=D-2h。

測量方法的優(yōu)點：這種通過測量繩槽深度計算卷筒繩槽底徑的方法簡便易操作。

測量方法的缺點：這種通過測量繩槽深度計算卷筒繩槽底徑的方法不夠準確。其原因有二：第一，卷筒繩槽外徑D 與卷筒繩槽深度h 可能不在同一直徑上；第二，卷筒繩槽深度h 與卷筒繩槽深度同一直徑上的另一端繩槽深度h’ 極可能不相等；第三，由于繩槽弧頂加工時已削峰，所測深度也存在一定偏差；這是造成這種測量方法不準確的主要原因所在。

3.3 π 尺纏繞法檢測升船機卷筒繩槽底徑

測量原理：根據(jù)圓柱形螺旋線形成原理，即有螺旋線沿圓柱面展開為一直線，對每一個螺距展開的直線而言，其構(gòu)成以圓柱周長、螺距為直角邊，螺旋線長度為斜邊的直角三角形，根據(jù)卷筒繩槽等效底徑ФL與繩槽底徑Ф、繩槽螺距P 的關(guān)系公式，如下圖：

當為圓柱式螺旋線時，此時螺旋線沿圓柱面展開為一直線，對每一個螺距展開的直線而言，構(gòu)成以πΦ、P 為直角邊的三角形，則有單圓螺旋線長度。Φ為圓柱直徑( 即投影直徑)，P 為螺距、πΦL 為螺旋線長度(即以πΦ 為圓周長的等效直徑ΦL)。

測量方法：第一，在卷筒繩槽完成精車之后，檢驗者應(yīng)進行繩槽弧度樣板的貼合，弧度樣板與繩槽的貼合率不應(yīng)低于95%；第二，檢驗者用精度為0.02mm的π 尺緊密圍繞鋼絲繩卷揚式垂直升船機主提升卷筒繩槽有效寬度范圍內(nèi)的任意2 個相鄰繩槽底部一周，其等效底徑（即繩槽底徑斜長）為ΦL；第三，檢驗者應(yīng)進行卷筒繩槽底徑的計算，卷筒繩槽底徑計算值為Φ，其計算公式為 ，卷筒繩槽螺距為P。

測量注意事項：在使用π 尺測量卷筒繩槽等效底徑時，要注意以下3 點：第一，π 尺的測量精度不應(yīng)低于0.02mm，并在有效檢定期限內(nèi)；第二，測量卷筒相鄰繩槽等效底徑時，π 尺要與繩槽底部緊密貼合；第三，測量時π 尺需使用拉力計，并考慮環(huán)境溫度下的修正值；第四，測量卷筒繩槽等效底徑在讀取數(shù)據(jù)時，可用石筆沿弧度樣板于繩槽底部畫出一圓弧線，這是讀取π 尺的卷筒繩槽等效底徑的比對基準點。如圖所示：

測量方法的優(yōu)點：這種通過測量繩槽底徑等效值計算卷筒繩槽底徑的方法比較準確，它引入了繩槽螺距P 和圓周率π 的準確值。能夠為卷筒裝置進行聯(lián)合調(diào)試提供準確可靠的技術(shù)參數(shù)，可有效控制提升卷筒繩槽底徑的相對差≤0.3mm 的技術(shù)要求。

測量方法的缺點：這種通過測量繩槽底徑等效值計算卷筒繩槽底徑的方法計算起來較為麻煩。

4 結(jié)語

綜上所述，第三種繩槽底徑測量方法相對更準確；隨著我國水利行業(yè)升船機工程事業(yè)的發(fā)展，升船機更是被廣泛應(yīng)用。但是，由于全平衡式升船機提升卷筒在工作中常常會發(fā)生吊點不一致現(xiàn)象，影響升船機正常運行。所以，需要工作人員認真檢查，運用科學有效的措施進行解決，從而提高升船機的安全性與穩(wěn)定性。