1、船闸设计规范第五篇启闭机设计目录第一章一般规定第一节适用范围第二节设计准则第三节启闭机型式第四节启闭机布置第五节启闭机房第二章启闭机设计参数第一节启闭时间和速度第二节启闭机行程第三节启闭力第三章启闭机的工作级别第四章机械传动的启闭机设计第一节电动机选择第二节人力驱动装置的一般要求第三节启闭机零部件的设计第四节钢丝绳卷筒滑轮第五节平衡重第五章液压传动的启闭机设计第一节液压系统压力选定第二节液压系统的设计第三节液压件的设计与选择第四节液压系统的压力损失验算第五节油缸结构设计附录一推拉杆强度计算附录二管道尺寸的计算附录三油缸整体稳定验算第一章一般规定第一节适用范围第条本篇适用于船闸工作闸门阀门启闭机
2、以下简称启闭机的设计第二节设计准则第条启闭机设计应符合国家有关机械设计标准的规定关于安全设施可参照工厂安全卫生规程中的有关要求第条启闭机设计必须满足运转要求保证运行可靠做到技术先进经济合理维修方便第条启闭机应逐步实现标准化系列化和通用化在同一条河流上相同门型的启闭机应尽量采用同一种型式第条小型闸门的启闭机一般采用电动手摇两用型大中型和工作繁忙的小型闸门的启闭机应设置备用动力设备第条采用双吊点的升降式平面闸门弧形闸门的启闭机应考虑同步运行人字闸门和三角闸门的启闭机应能使闸门在关闭终了时较好地吻合第条启闭机应运转平稳闸门阀门开关至终点位置时不得发生撞击现象第条机械传动的启闭机应设制动装置液压传动的
3、启闭机应设锁紧回路第条启闭机应设行程限位装置和超负荷保护装置大中小型闸门的划分见本规范闸门阀门篇第三节启闭机型式第条启闭机的型式应根据闸门阀门的型式孔口尺寸使用条件和加工制造等因素进行全面的技术经济比较后确定第条大中型人字闸门三角闸门和输水阀门的启闭机一般选用液压传动的启闭机第条升降式平面闸门弧形闸门横拉闸门的行程大于米时宜选用机械传动的启闭机大型平面闸门大型弧形闸门的启闭机应与配置平衡重的方案进行比较后确定第四节启闭机布置第条启闭机的布置不得侵占船闸的通航净空和净跨第条启闭机宜安装在最高通航水位以上并应考虑闸门阀门检修方便第条人字闸门三角闸门弧形闸门的启闭机布置应根据启闭力大小和行程长短进行
4、优选后确定第五节启闭机房第条启闭机一般应设置机房机房除有特殊要求和采用提升闸门的机房外宜采用低层建筑机房的平面尺寸和净空高度应满足机房内启闭机安装检修以及吊运要求第条当机房布置在闸顶面以下时应考虑机房的通风照明和给排水机房应满足阀门及启闭机安装拆卸和运输到检修地点的要求第条机房应有相应的消防设备第二章启闭机设计参数第一节启闭时间和速度第条船闸口门宽度大于或等于米时人字闸门和三角闸门的启闭时间一般取为分钟口门宽度小于米时启闭时间一般取为分钟第条升降式平面闸门及弧形闸门采用卷扬式启闭机时闸门的升降速度一般不大于米每分横拉闸门的横移速度一般不大于米每分第条当采用液压启闭机时液压缸的活塞移动速度一般不
5、大于米每分第条船闸灌泄水阀门启闭机的启闭时间应符合本规范输水系统篇中的有关规定第二节启闭机行程第条启闭机的行程除满足闸门阀门的工作要求外还应留有适当的裕度第条横拉闸门启闭机应考虑将闸门拉入门库内检修时所必需的检修行程第三节启闭力第条闸门阀门启闭机的启闭力应根据闸门阀门启闭所需的力或力矩确定第三章启闭机的工作级别第条在进行启闭机设计时应根据其载荷状态和忙闲程度确定工作级别第条启闭机的载荷状态划分见表载荷状态表载荷状态说明轻机构经常承受轻的载荷偶尔承受最大的载荷中机构经常承受中等的载荷较少承受最大的载荷重机构经常承受较重的载荷也常受最大的载荷第条启闭机的忙闲程度按设计总工作小时划分见表忙闲程度表忙
6、闲程度设计总工作小时轻闲以下中等繁忙以上第条启闭机的工作级别按载荷状态和忙闲程度划分见表工作级别表载荷状态忙闲程度轻闲中等繁忙轻轻级轻级中级中轻中重中级级中级第四章机械传动的启闭机设计第一节电动机选择第条启闭机应选用交流电动机若需选用直流电动机时必须经过技术经济论证第条电动机的功率应按启闭机工作级别所相应的负载持续率值轻级中级和电动机静功率选择第条电动机静功率按下式计算式中电动机静功率千瓦克服惯性的功率增大系数升降闸门为推拉闸门为最大工作载荷牛对升降闸门为闸门起升速度米秒对推拉闸门为启闭机推拉杆速度米秒机械的总效率第二节人力驱动装置的一般要求第条启闭机设人力驱动装置时应按每人持久出力不超过牛考
7、虑摇手把半径一般为毫米平均操作速度不超过米每秒第条电动手摇两用启闭机应设闭锁装置人力驱动装置部分应有安全装置第三节启闭机零部件的设计第条启闭机零部件应按正常工作时的最大载荷或所选电动机的额定功率进行设计或选择第条启闭机的齿轮传动一般采用渐开线齿轮齿条渐开线圆柱齿轮基准齿形及其基本参数应符合的规定模数应符合的规定其齿面接触强度和轮齿弯曲强度的计算应按进行第条启闭机的制动器一般采用电磁式或电液式制动器的制动力矩对于升降闸门取制动轴上静力矩的倍对于推拉闸门取制动轴上静力矩的倍第条启闭机的推拉杆或连杆一般作为两端铰支压杆按附录一进行计算其长细比不宜大于第条人字闸门或三角闸门的推拉杆应设置缓冲装置缓冲装
8、置按推拉杆最大工作载荷的倍设计其工作行程除满足闸门塌拱杆件变形等因素外还应留有一定余量第四节钢丝绳卷筒滑轮第条卷扬式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钢丝绳第条钢丝绳安全系数按下式计算式中钢丝绳安全系数取提升门启闭机的钢丝绳取大值钢丝绳表面性能系数一般取为镀锌钢丝绳取为钢丝绳总破断拉力牛钢丝绳最大工作载荷牛第条卷筒或滑轮直径取为钢丝绳直径的倍平衡滑轮直径不应小于滑轮直径的倍第条钢丝绳偏斜角见图一般或不大于度不大于度图钢丝绳在滑轮和卷筒上的偏斜角在滑轮上的偏斜角在卷筒上的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在卷筒上钢丝绳偏斜方向与绳槽螺纹方向相反时钢
9、丝绳与卷筒轴的垂直平面的夹角第五节平衡重第条平衡重的配置应尽量减少启门力并有足够的闭门力力求提升与下降能力接近能耗最少第五章液压传动的启闭机设计第一节液压系统压力选定第条启闭机的液压系统工作压力系指该系统所属油缸中的最高持续压力一般不大于兆帕第条系统试验压力取为系统工作压力的倍第二节液压系统的设计第条启闭机液压系统的设计应满足闸门阀门的工作要求并应满足一液压系统应有安全卸荷锁紧等回路二液压系统应设有行程控制装置不得用安全阀来代替行程控制装置三对人字闸门塌拱引起的油缸超压液压系统应有卸压和补油回路第三节液压件的设计与选择第条油泵型式应根据系统对油泵的性能要求确定油泵规格应根据所需最高工作压力和最
10、大工作流量确定一所需最高工作压力按下式计算式中所需最高工作压力兆帕系统工作压力兆帕管路系统的总压力损失兆帕富裕系数一般取为二所需最大工作流量按下式计算式中所需最大工作流量米秒同时动作的油缸最大总工作流量米秒系统泄漏系数一般取为三驱动油泵的功率按下式计算式中驱动油泵的功率千瓦油泵的总效率按油泵产品样本或表选用油泵的总效率表油泵名称齿轮泵叶片泵柱塞泵总效率第条控制阀应满足液压系统的工作要求应按通过该阀的最高压力和最大流量选择选择节流阀及调速阀时还应考虑最小稳定流量第条管道设计应满足下列要求一管道尺寸应根据通过该管道的最大压力最大流量和允许流速确定其中允许流速按表选取管道尺寸按附录二计算管道的允许流
11、速表管道允许流速米秒备注吸油管道流量大时取大值压油管道油的粘度小时取大值总回油管道短管道及局部收缩处二管道布置应短捷少转弯管子弯曲处角度不得小于度其最小弯曲半径一般大于管外径的倍三软管布置不应使软管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倍弯曲半径不得小于软管外径的倍第条油箱设计一般需满足下列要求一有效容积一般不小于油泵每分钟总流量的倍二过滤器的过滤能力应大于油泵吸油量的倍三吸油管及回油管应插入最低油面以下吸油管口与箱底箱壁的距离不得小于管径的倍第四节液压系统的压力损失验算第条液压系统应进行压力损失验算第五节油缸结构设计第条油缸壁厚按下式计算式中油缸壁厚毫米系统工作压力兆帕
12、油缸内径毫米油缸材料的容许应力兆帕油缸材料的抗拉强度兆帕安全系数一般取为第条油缸的主要结构参数图规定如下一油缸的最小导向长度活塞杆外伸至最大行程时活塞支承面中点至导向套滑动面中点之距离见图按下式确定式中最小导向长度毫米油缸内径毫米活塞行程毫米图油缸头部导向结构简图二活塞杆直径初选时取为油缸内径的倍三活塞杆导向套的长度取为活塞杆直径的倍四活塞宽度取为油缸内径的倍第条油缸的纵向稳定性验算一油缸的柔度时应进行纵向稳定性验算二油缸的纵向稳定性验算条件活塞杆处于最大伸出状态活塞杆承受最大工作压力根据油缸调定压力计算三油缸的稳定性验算见附录三附录一推拉杆强度计算一强度附钢材的尺寸分组附表组别钢材尺寸毫米号
13、钢锰钢钢棒的直径或厚度型钢或异形钢的厚度钢板的厚度钢材的直径或厚度第一组第二组第三组第四组钢材的容许应力附表应力种类单位符号号钢锰钢第一组第二组第三组第一组第二组第三组第四组抗拉抗压或抗弯兆帕抗剪兆帕局部承压兆帕局部紧接承压兆帕注局部承压是指构件腹板的小部分表面受局部荷载的挤压或端面承压磨平顶紧等情况局部紧接承压是指可动性小的绞在接触面的投影平面上的压应力号钢轴心受压构件的稳定系数值附表3 qJ 1. 3 。1 2 3 4 5 6 7 8 9 。1.000 1.000 1. 000 1.000 0.999 0.999 0.998 0.998 0.997 0.996 10 0.995 0.994
14、 0.993 0.992 0.991 0.989 0.988 0.987 0.985 0.983 20 。.9810.979 0.977 0.975 0.973 0.971 0.969 0.966 0.963 0.961 30 0.958 0.956 0.953 0.950 0.947 0.944 0.941 0.937 0.934 0.931 40 。.9270.923 0.920 0.916 0.912 0.908 0.904 0.900 0.896 0.892 50 0.888 0.884 0.879 0.875 0.870 0.866 0.861 0.856 0.851 0.847 6
15、0 0.842 0.837 0.832 0.826 0.821 0.816 0.811 0.805 0.800 0.795 70 0.789 0.784 0.778 0.772 0.767 0.761 0.755 0.749 0.743 。73780 0.731 0.725 0.719 0.713 0.707 0.701 0.695 0.688 0.682 0.676 90 O. 669 0.663 0.657 0.650 0.644 0.637 0.631 0.624 0.617 0.611 100 。.6040.597 0.591 0.584 0.577 0.570 0.563 0.557
16、 0.550 0.543 110 0.536 0.529 0.522 0.515 0.509 0.501 0.494 0.437 0.480 0.473 120 。.4660.459 0.452 0.445 0.439 0.432 0.426 0.420 0.413 0.407 130 0.401 0.396 0.390 0.384 0.379 0.374 0.369 O. 364 0.359 0.354 140 0.349 0.344 0.340 0.335 0.331 0.327 0.322 0.318 0.314 0.310 150 。.3060.303 0.299 。.2950.292
17、 0.288 0.285 0.281 0.278 0.275 160 0.272 0.268 0.265 0.262 0.259 0.256 0.254 0.251 0.248 0.245 170 0.243 0.240 0.237 0.235 0.232 0.230 0.227 0.225 0.223 0.220 180 。.2180.216 0.214 。.2120.210 0.207 0.205 0.203 0.200 。199190 0.197 O. 196 0.194 。.1920.190 0.188 0.187 0.185 0.183 0.181 200 0.180 0.178 0
18、.176 0.175 0.173 0.172 0.170 0.169 0.167 。166210 0.164 0.163 0.162 。.1600.159 0.158 0.156 0.155 0.154 。152220 0.151 0.150 0.149 。.1470.146 0.145 0.144 0.143 0.142 0.141 230 0.139 0.138 0.137 。.1360.135 0.134 0.133 0.132 0.131 。130240 0.129 0.128 0.127 。.1260.125 0.125 0.124 0.123 0.122 0.121 250 0.1
19、20 265 钢轴心受压构件的稳定系数值附表16M. 。14. 。1 2 3 4 5 6 7 8 9 。1.000 1.000 1.000 0.999 0.999 0.998 0.998 0.997 0.996 0.994 10 0.993 0.993 0.990 0.989 0.987 0.985 0.983 0.980 0.978 0.976 20 0.973 0.972 0.967 0.964 0.961 0.958 0.955 0.951 0.948 0.944 30 0.940 0.936 0.932 0.928 0.923 0.919 0.915 0.910 0.905 0.900
20、 40 0.895 0.890 0.885 0.880 0.874 0.869 0.863 0.858 0.852 0.846 50 0.840 0.834 0.828 0.822 0.815 0.809 0.803 0.796 0.789 0.783 60 0.776 0.769 0.762 0.755 0.748 0.741 0.734 0.727 0.719 0.712 70 0.705 0.697 0.690 0.682 0.674 0.667 0.659 0.651 0.643 0.635 80 0.627 0.619 0.611 0.603 0.595 0.587 0.579 0.
21、571 0.563 0.554 90 0.546 0.538 0.530 0.521 0.513 0.504 0.496 0.488 0.479 0.471 100 0.462 0.454 0.445 0.436 0.428 0.420 0.413 0.405 0.398 0.391 110 0.384 0.378 0.371 0.365 0.359 0.353 0.347 0.341 0.336 0.331 120 0.325 0.320 0.315 0.310 0.305 0.301 0.296 0.292 0.288 0.283 130 。.2790.275 0.271 。.2670.2
22、63 0.260 0.256 0.253 0.249 0.246 140 0.242 0.239 0.236 0.233 0.230 0.227 0.224 0.221 0.218 0.215 150 0.213 0.210 0.207 0.205 0.202 0.200 0.197 0.195 0.193 。190160 0.188 0.186 0.184 0.182 0.180 0.178 。1760.174 。1720.170 170 0.168 O. 166 0.164 。.1620.161 0.159 0.157 0.156 0.154 0.152 180 0.151 0.149 0
23、.148 0.146 0.145 0.143 且1420.140 0.139 0.138 190 0.136 O. 135 0.134 。.1320.131 0.130 0.129 0.128 0.126 0.125 200 0.124 0.123 0.122 0.121 。1200.118 0.117 0.116 0.115 0.114 210 0.113 0.112 0.111 0.110 0.109 0.108 0.108 0.107 0.106 。105220 0.104 0.103 0.102 0.101 0.101 0.100 0.099 0.098 0.097 0.097 230
24、 0.096 0.095 。40.094 0.093 0.092 0.091 0.091 0.090 0.089 240 0.089 0.088 0.087 0.087 0.086 0.085 0.085 0.084 0.084 0.083 250 0.082 266 二稳定性附式中轴心压杆应力兆帕轴向力牛净截面积毫米毛截面积毫米容许应力兆帕见附表及根据杆件最大长细比决定的轴心压杆稳定系数见附表及附录二管道尺寸的计算一管子内径按下式计算附式中管子内径毫米通过管子的流量米秒管内的允许流速米秒二管子壁厚按下式计算附式中管子壁厚毫米管子承受的最大工作压力兆帕管子材料的容许拉应力兆帕对于钢管材料的抗拉强度兆帕安全系数当兆帕时当兆帕兆帕时当兆帕时对于铜管兆帕附录三油缸整体稳定验算对活塞杆为号钢和锰钢的两端铰支油缸见附图一当时临界载荷按下式计算附二当时临界载荷按下式计算附式中临界载荷牛活塞杆柔度系欧拉公式曲线与试验公式抛物线相交点的柔度见附图临界应力等于钢材的屈服极限时用欧拉公式算出的长细比即材料的弹性模数兆帕材料的屈服极限兆帕活塞杆的断面积毫米三安全系数附式中计算安全系数活塞杆承受的最大压力牛许用安全系数见附表许用安全系数附表附图油缸稳定计算位置图附图轴心受压构件临界应力曲线图
