JTJ309-2005 船闸启闭机设计规范

2.1一般规定 2.2启闭机型式 2.3启闭机布置 2.4启闭机机房 3.1启闭时间和速度 3.2启闭机行程 3.3启闭力 4机械传动启闭机设计 4.1启闭机的工作级别 4.3零部件 4.5平衡重 5液压传动启闭机设计 5.1液压系统 5.2液压组件 5.3油缸 附录A推拉杆、活塞杆的强度和稳定性计算 附加说明本规范主编单位、参加单位、主要起草人、总校人员和管理组人员名单 11.0.2本规范适用于内河I～VⅡ级船闸工作闸门和工作阀门启闭机设计。船闸其他固定式启闭机设计可参照执行，移动式启闭机设计可参照现行行业标准《水利水电工程启闭机设计规范》(SIA1)的有关规定执行。1.0.5本规范应与船闸工程设计的其他规范配套使用。22.1.1同一条河流上相同门型的船闸启闭机宜采用同一种型式。2.1.2启闭机应设置备用动力设备。2.1.3当启闭机采用电动和手动两种驱动方式时，应设置联锁装置。手动驱动装置应装设安全把手。2.1.4启闭机应设置同步装置。2.1.5启闭机应运转平稳。工作闸门和工作阀门开关门运行至终点位置时，不得发生撞击现象。2.1.6机械传动启闭机应设置安全制动装置。液压传动启闭机应具有锁定功能。2.1.7启闭机应设置行程限位装置和超负荷保护装置。必要时，应设置行程监测装置和荷载检测装置。2.1.8启闭机液压油的选择应考虑环境温度对油液性能的影响。2.1.9工作闸门启闭机设计，应考虑水位波动和泥沙淤积对启闭机的影响。2.1.10启闭机设计应考虑环保和景观要求。2.1.11弧型闸门启闭机设计可参照现行行业标准《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41)的有关规定执行。2.2启闭机型式2.2.1启闭机可分为机械传动启闭机和液压传动启闭机等型式。启闭机机型应根据工作闸门和工作阀门的型式、船闸布置条件、使用要求和加工制造等因素确定。32.2.2人字闸门、三角闸门和一字闸门启闭机宜选用液压传动启闭机。2.2.3小行程平面闸门启闭机宜选用液压传动启闭机，大行程平面闸门启闭机宜选用机械传动启闭机。2.2.4横拉闸门启闭机宜选用机械传动启闭机。2.2.5工作阀门启闭机宜选用液压传动启闭机。2.3启闭机布置2.3.1启闭机布置应根据工作闸门和工作阀门型式、启闭机型式、启闭力、启闭行程和闸首布置等综合比较确定。2.3.2启闭机布置不得影响船闸的通航净空尺度。2.3.3启闭机宜安装在船闸设计最高通航水位以上，并应考虑启闭机检修方便。2.4启闭机机房2.4.1启闭机宜设置机房。机房的平面尺寸和净空高度应满足启闭机安装、检修、吊运和电气设备布置要求，并应考虑机房的通风、照明和给排水要求。2.4.2机房必须配备相应的消防设备。2.4.3严寒和炎热地区的启闭机机房宜设置调温设施。43启闭机设计参数3.1启闭时间和速度3.1.2采用机械传动启闭机的平面闸门，升降速度不宜大于3.1.3采用机械传动启闭机的横拉闸门，横移速度不宜大于3.1.4液压传动启闭机液压缸内活塞的最大移动速度不宜大于3.1.5工作阀门启闭机的启闭时间，应符合《船闸输水系统设计规范》(JTJ306)的有关规定。3.2启闭机行程3.2.1启闭机行程除应满足工作闸门和工作阀门的运行要求外，尚应留有富裕度。3.2.2横拉闸门启闭机行程应考虑闸门检修的需要。3.3.1启闭机的额定启闭力应根据工作闸门和工作阀门启闭所需的最大启闭力矩或最大启闭力确定。3.3.2启闭机的启闭力，应按现行行业标准《船闸闸阀门设计规54机械传动启闭机设计4.1.1启闭机的工作级别应根据设计寿命和荷载状态划分为四启闭机的工作级别表4.1.1工作级别总设计寿命(h)4.2.1启闭机的驱动装置应选用交流电动机。当选用直流电动4.2.2启闭机的驱动装置宜采用Y系列异步电动机。4.2.3电动机的额定功率应按电动机静功率和负荷持续率确定。K——克服惯性的功率增大系数，平面闸门和工作阀门取64.3.1启闭机零部件应按正常工作时的最大荷载进行设计。4.3.2启闭机的齿轮、齿条、蜗轮和蜗杆设计应符合国家现行标4.3.3启闭机应设置工作制动器和安全制动器。启闭机的制动器应根据制动力矩的大小选用电磁式或电液式。制动器的制动力矩应满足下列要求：(1)平面闸门和工作阀门取制动轴静力矩的1.75～2.25倍；矩的1.2～1.5倍。4.3.4启闭机推拉杆强度和稳定性应按附录A的有关规定进行4.3.5人字闸门和三角闸门的推拉杆应设置缓冲装置。缓冲装置应按推拉杆最大工作荷载的1.2倍设计，件变形的要求。4.4.1卷扬式机械传动启闭机宜选用交绕线接触钢丝绳。出入水的钢丝绳宜选用镀锌金属芯钢丝绳，双吊点启闭机宜选用预拉钢丝绳。4.4.2钢丝绳的破断拉力应满足下式要求：式中Fo——钢丝绳破断拉力(N);S—钢丝绳最大工作静拉力(N);75Q₂-中、0₄—重64.4.3卷扬式机械传动启闭机的卷筒和滑轮最小缠绕直径可按式(4.4.3)计算。平衡滑轮直径不应小于滑轮最小缠绕直径的式中Domin——卷筒和滑轮最小缠绕直径(mm);e-—卷筒和滑轮系数，见表4.4.3;d——钢丝绳直径(mm)。Q₁—轻、Q,一轻4.4.4卷筒的强度和稳定性验算应按现行行业标准《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41)的有关规定执行。4.4.5钢丝绳的偏斜角(图4.4.5)的允许值应满足下列各式的要式中Yo——钢丝绳在滑轮上的偏斜角(0);γ₁——卷筒上钢丝绳偏斜方向与绳槽螺纹方向相同时，钢丝绳与卷筒轴的垂直平面的夹角(0);8γz-卷筒上钢丝绳偏斜方向与绳槽螺纹方向相反时，钢丝绳与卷筒轴的垂直平面的夹角(°)。图4.4.5钢丝绳在滑轮和卷筒上的偏斜角4.4.6滑轮应设置防止钢丝绳脱槽的装置。4.5.1机械传动启闭机平衡重的配置应遵循下列原则：(1)减少启门力；(2)具有足够的闭门力；(3)降低能耗。95液压传动启闭机设计5.1.1液压系统设计应符合下列规定。5.1.1.1液压系统的油路设计应满足启闭机运行的要求，并经过技术经济比较后确定。锁定阀组宜靠近油缸出油口处设置。5.1.1.3泵站应设置备用电机和油泵，并宜采用旁置式布置。5.1.1.4油泵电机组应设置减振装置，噪声不应大于85dB。5.1.1.5泵站的阀件和管件等宜集成化。5.1.1.6油路应设置排气装置。5.1.2液压系统最高工作压力宜取16～20MPa。5.1.3系统试验压力应满足下列要求：(1)当系统最高工作压力不大于16MPa时，系统试验压力取1.5倍的系统最高工作压力；(2)当系统最高工作压力大于16MPa时，系统试验压力取1.25倍的系统最高工作压力。5.1.4油缸试验压力应满足下列要求：(1)当油缸最高工作压力不大于16MPa时，油缸试验压力取1.5倍的油缸最高工作压力；(2)当油缸最高工作压力大于16MPa时，油缸试验压力取1.25倍的油缸最高工作压力。5.1.5液压系统应进行压力损失验算。压力损失应包括沿程压力损失、局部压力损失和阀件压力损失。5.1.6液压油可根据液压泵的类型、工作压力和工作温度等选5.1.7液压油应具有良好的粘温特性、润滑性、抗氧化性和抗燃5.2.1油泵型式应根据系统对油泵格和驱动油泵功率应根据油泵所需最高工作压力和所需最大工作流量确定。5.2.2油泵最高工作压力应按下式计算：Ps——液压系统最高工作压力(MPa);P——油缸最高工作压力(MPa);E△P——管路系统各项压力损失总和(MPa)。Qs——液压系统最大工作流量(m³/s);式中驱动油泵功率应按下式计算：N——驱动油泵功率(kW);Ps——液压系统最高工作压力(MPa);Qs——液压系统最大工作流量(m³/s);η——油泵的总效率，按油泵产品样本或表5.2.4选用，定油泵的总效率表5.2.4油泵名称齿轮泵叶片泵总效率5.2.5阀件应满足液压系统运行要求。阀件的压力和流量应留有一定的富裕量。5.2.6管道设计应符合下列规定。5.2.6.1管道尺寸应根据液压系统最高工作压力、液压油通过管道的最大流量和允许流速确定，并应按下列公式计算：Q——液压油通过管道的最大流量(m²/s);V——液压油通过管道的允许流速(m/s),按表5.2.6选Ps——液压系统最高工作压力(MPa);[o]——油管材料的容许应力(MPa),铜管的容许应力不大于og——油管材料的抗拉强度(MPa);K₇—安全系数，当Ps≤7MPa时，取8;当7MPa<Ps≤允许流速(m/s吸油管道压油管道油的粘度小时取大值总回油管道短管道和管道局部收缩处5.2.6.2管路布置应短捷，管子弯曲处角度不得小于90°,最小弯曲半径应大于管外径的3倍。5.2.6.3软管不应拉紧、扭转和摩擦。软管接头至起弯点的直线段长度不得小于软管外径的6倍，弯曲半径不得小于软管外径的10倍。应符合下列规定。5.2.7.1油箱有效容积宜按泵组每分钟最大排量的5～7倍计算，并应根据油缸工作状态下的最大回油量综合确定。5.2.7.2过滤器应按使用要求设置，过滤能力应大于通过流量的2倍，过滤精度应按液压元件的要求确定。5.2.7.3吸油管与回油管之间应设置隔板。5.2.7.4油箱宜设置除湿空气过滤器、热交换器、油位计和温度计等。5.2.7.5油箱内壁严禁涂刷油漆。5.2.8管道和油箱宜采用不锈钢材料。5.3.1油缸壁厚可按下列公式计算：P-—油缸最高工作压力(MPa);5.3.6启闭机与工作闸门或工作阀门宜采用球铰联接或十字铰联接。654心心附录B本规范用词用语说明B.0.1为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度的用词用语说明如下：(2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：(3)对表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：B.0.2条文中指定应按其他有关标准、规范执行时，写法为“应主要起草人、总校人员和管理组人员名单主编单位：中交水运规划设计院参加单位：江苏省交通规划设计院四川省交通厅交通勘察设计研究院主要起草人：张国维(中交水运规划设计院)黄潼(中交水运规划设计院)(以下按姓氏笔画为序)王志成(江苏省交通规划设计院)陈银锋(中交水运规划设计院)陈银锋袁克忠(四川省交通厅交通勘察设计研究院)总校人员名单：李永恒(交通部水运司)何文辉(交通部水运司)吴敦龙(中交水运规划设计院)张国维(中交水运规划设计院)黄潼(中交水运规划设计院)龙友(中交水运规划设计院)董方(人民交通出版社)管理组人员名单：张国维(中交水运规划设计院)刘洪波(中交水运规划设计院)龙友(中交水运规划设计院)吴立新(中交水运规划设计院)船闸启闭机设计规范 2.2启闭机型式 2.3启闭机布置 3.1启闭时间和速度 3.2启闭机行程 4机械传动启闭机设计 4.1启闭机的工作级别 4.2电动机 4.3零部件 5.1液压系统 5.2液压组件 5.3油缸 2.1.1推荐同一条河流上相同门型采用同一种型式启闭机，是为了给管理和维修保养提供便利。2.1.2大中型船闸和工作繁忙的小型船闸，设一台动力设备时，一旦发生事故，将造成航道堵塞，因此推荐设置备用动力设备。2.1.4设置同步装置是为了保证上述工作闸门和工作阀门在运行过程中不致歪斜和卡住，保证闸门底止水正常工作。2.1.5要求启闭机运转平稳是为了保证工作闸门运转平稳，防止闸门在运行过程中产生间断或跳跃式的运动现象。工作闸门和工作阀门开关门运行至终点位置规定不得发生撞击，是为了防止撞坏闸门和止水。2.1.6启闭机设置制动装置，主要是为了能控制工作闸门、工作阀门的运行位置和保证闸门和阀门的运行安全。提升闸门在开启位置时必须制动，以防止闸门下滑；人字闸门需在开启位置长期停留，也需要将闸门制动，以防风浪推动闸门。2.1.7工作闸门和工作阀门启闭机设行程限位装置，是为了保证工作闸门和工作阀门在设计行程范围内运行，防止工作闸门和工作阀门在运行到终了位置时产生撞击，避免启闭机的传动构件由于撞击而损坏。设置荷载保护装置，是为了保护闸门和阀门及启闭机的安全，避免事故的发生。2.1.8由于常用液压油的粘度随着温度的降低而升高，所以在选择液压油时要考虑环境温度对油液性能的影响。2.1.9由于水利枢纽的运行或船闸灌泄水超灌超泄产生的反向水位差对闸门造成较大影响时，可能会使油缸活塞杆扭曲、变形，启闭机损坏，船闸不能正常工作，影响船闸的正常运行，因此在启闭机设计时应考虑此影响。2.2启闭机型式2.2.2液压传动启闭机加工件较少，选用的标准件较多，且油缸的加工已形成规模，不存在加工技术问题，因此推荐人字闸门、三角闸门和一字闸门采用液压传动启闭机。2.2.3～2.2.4大行程平面闸门和横拉闸门，开关门行程较长，当超过油缸长度的加工范围时，液压传动的启闭机就难以满足要求故推荐采用机械传动的启闭机。2.3启闭机布置2.3.3本条规定是为了保证启闭机主要电气设备不至于淹没在水中。3启闭机设计参数3.1启闭时间和速度3.1.1~3.1.4条文规定的内容是根据国内外多座船闸资料和相关标准统计分析提出的。3.2启闭机行程3.2.1本条规定启闭机行程留有适当的富裕度是为了适应闸门的塌拱、位移和安装调整对行程的影响。4机械传动启闭机设计4.1启闭机的工作级别4.1.1船闸启闭机用于不同门型、机型和航道，彼此工作状况差异很大。通航水位的变化使启闭机在实际工作过程中承受的荷载也是变化的。对启闭机的工作级别进行划分，给启闭机机构设计提供一个合理的基础，也为用户和制造厂家进行协商时提供一个考虑疲劳强度，所以机构的工作级别即为启闭机的工作级别。荷载状态表明启闭机受载的轻重程度。表4.1.1中“经常启闭轻的现的天数很少，经常在较低通航水位下工作。“有时启闭额定荷现的天数较少，经常在中等通航水位下工作。“经常启闭额定荷作荷载。启闭机设计工作总小时数只是理论上的规定，不作为寿多为重复短时工作制，对电动机最大转矩与额定转矩比值要求较船闸启闭机的要求；直流电动机虽然具有较大的过载能力，调速比大，起动性能好，但系统比较复杂，投资较大，故推荐交流电动机。4.2.2Y系列异步电动机为鼠笼结构，价格便宜，适用于中小容量、启动次数不多和没有调速要求的情况下使用，因此推荐采用Y系列异步电动机。4.2.3电动机的负荷持续率为10分钟内启闭机工作时间所占的百分数。4.2.4平面闸门和工作阀门的启闭机主要是重力负载，起升为阻力，下降为动力，类似起重机的起升机构，因此，计算电动机静功率时，克服惯性的功率增大系数K取为1.0;人字闸门、三角闸门、一字闸门和横拉闸门的启闭机主要是阻力负载，类似起重机的运行机构，计算时要考虑惯性力，参考有关资料，克服惯性的功率增大系数K取为1.1～1.2。机构的总传动效率是传动系统中所有运动副的效率，包括绳索卷绕效率。4.3.3本条规定是根据启闭机工作情况，参照国内外有关资料制定的。对平面闸门和工作阀门考虑到船闸启闭机的实际使用情况和闸门下过船、过人的安全要求，规定其制动安全系数为1.75~2.25;对横拉闸门，考虑运行机构的制动器，要求制动安全系数较低，通常以保证在不工作时能“持住”即可，可以用较小的制动安全系数，故对横拉闸门制动器的制动力矩取为1.2～1.5。4.3.4为保证推拉杆或连杆的正常工作，参考国内有关资料制定本条文。为避免杆件柔度太大，在自重下较大的挠度和在运输、安装中发生变形，以致使杆件受力时增加初弯曲和初偏心，降低安全电工程钢闸门设计规范》(DL/T5039—95)的规定，本规范对推拉杆的长细比规定为不大于120。4.3.5推拉杆缓冲装置的最大工作荷载是根据国内已建工程经验确定的。4.4.1在相同直径、相同材料条件下，线接触钢丝绳比点接触钢丝绳寿命可提高1.5～2.0倍，故宜选用交绕线接触钢丝绳；船闸启闭机钢丝绳多处于水下或接近水面工作，锈蚀成为影响钢丝绳寿命的主要因素，因此出入水钢丝绳宜选用镀锌金属芯钢丝绳；双吊点启闭机宜采用预拉钢丝绳，是为了更好的实现同步。4.4.2船闸启闭机的钢丝绳多数在水下或出入水中工作，绕绳系统布置比较复杂，钢丝绳破断后更换困难，往往造成停航，影响较大；对于提升闸门，船舶需要从闸门下经过，钢丝绳破断会造成严重后果。根据起重机设计规范和相关行业标准，按钢丝绳所在机构工作级别有关的安全系数选择钢丝绳直径，所选钢丝绳的破断拉力应满足式4.4.2的要求。该方法比较简单、常用，因此予以推荐。钢丝绳的安全系数和《起重机设计规范》(GB3811—83)中相比，本规范提高了一级。这是因为闸门荷载在水下，钢丝绳也比较潮湿，前苏联《水工建筑物的启闭机械》一书中提到关于轻级工作制的钢丝绳安全系数不小于5,中级工作制不小于5.5;前苏联《起重机运输机械图集》提出对于机动的钢丝绳其轻级的安全系数不小于5。所以本规范中钢丝绳安全系数取Q₁一轻为