平面升卧式钢闸门启闭用钢丝绳的保养更换及连接工艺

冯建荣 王亚乒 潘雯玺

一、概况

水闸是一种既能挡水、又能泄水的水工建筑物，它依靠可以升降的闸门来控制水位、调节流量，在防洪、灌溉、排涝、航运等水利工程中得到十分广泛的应用。闸门是水闸工程的重要设备之一，随着水利事业发展需要和工业生产水平的日益提高，闸门尺寸与重量越来越大。平面升卧式大重量闸门的启闭是靠钢丝绳、绳套连接杆与闸门吊座连接来实现的，如图1 所示。如果钢丝绳及绳套连接杆加工质量得不到保证，将给水闸的正常运行埋下安全隐患。因此，对钢丝绳的日常保养与检查十分重要。同时，钢丝绳更换时，不断改进绳套连接杆与钢丝绳浇筑的加工工艺以提高其安全性。本文以澡港水利枢纽水闸为例，探讨闸门钢丝绳的选用、绳套的设计以及钢丝绳与绳套浇锌连接工艺。

二、钢丝绳的选用与养护

水闸闸门是采用双吊点，用两根钢丝绳起吊。钢丝绳的选用根据闸门的重量来定，一般设计要求取破断拉力大于6 倍载重的钢丝绳。根据30t×6=180t，选用Φ60.5-6×37×2.8 镀锌钢丝绳，根据钢丝的成分不同，破断拉力191～252t，满足使用要求。镀锌能使钢丝提高防腐能力，延长使用寿命。

1.绳套的设计

根据多次更换钢丝绳的经验，钢丝绳与绳套通过浇锌牢固连成一体。为了提高维修质量和方便操作，对绳套的设计进行了改进。如图1 所示，主要改进之处：（1）增大绳套的容腔，容得下全部钢丝蓬头，蓬头是由6×37=222 根、直径2.8mm 的细钢丝弯折而成，锌熔化后浇入淹没所有钢丝，锌液迅速凝固保证钢丝在锌块里长期不腐；（2）采用锥型容腔，保证这种连接形式受力均匀一致；（3）绳套锥头端中心设计导向孔（导向孔长度尺寸不小于钢丝绳直径尺寸），使钢丝绳穿入安装和使用受力时保持同心；（4）轴孔配合间隙0.5～1.0mm，既方便拆装，又可以保证锌液浇入时不易漏出。

改进后的绳套，其作用除满足使用功能外，优点是：（1）绳套采用42CrMo 钢材，受重载时安全可靠度更高；（2）安装和维修简单方便；（3）这种结构保证受力状态更符合技术要求。

2.钢丝绳的保养

钢丝绳在使用过程中存在摩擦和磨损，浸于水下部分易于锈蚀，因此需要定期进行保养。闸门的钢丝绳一般每年进行两次保养。钢丝绳保养时，先用铜丝刮除钢丝绳上的油污垢物，然后用柴油对钢丝绳进行清洗，风干后用锂基润滑脂均匀涂抹到钢丝绳上；如果柴油未完全挥发就涂抹，润滑脂与钢丝绳表面粘接不牢，容易脱落，起不到保护作用。涂抹油脂的主要作用是降低钢丝绳的摩擦和防止钢丝锈蚀，延长使用寿命。

3.钢丝绳的更换

钢丝绳在使用过程中，由于反复弯曲和摩擦，表面钢丝会因弯曲疲劳和磨损而逐渐断裂，断丝数越多，余下的钢丝绳所受的承载力越大，当断丝数达到一定的程度时就不能保证钢丝绳的安全使用。水闸承担着防汛、抗旱、排涝、通航等功能，这些工作对安全要求更高，在每年的钢丝绳保养中都要认真细致地检查断丝情况，确定是否达到了钢丝绳的报废标准，当发现断丝数达到单位股数20%时就要进行更新。根据多年的运行实践经验和管理规范要求，通常每五年对闸门的钢丝绳更换一次。

图1 钢丝绳与绳套连接装置示意图

钢丝绳更换时，首先将闸门放到搁门器上，将闸门锁定，然后将整根钢丝绳及绳套拆下，准确测量旧钢丝绳的长度，用切割机将钢丝绳靠近绳套的部位割断，然后将绳套放到焦碳炉上进行加热，等绳套里的锌熔化以后，即可将里面废钢丝蓬头取出，旧的绳套可以重复使用。新钢丝绳长度确定，考虑到新绳受载使用后一年内有5%～10%的伸长量，可以根据现场调节丝杆上调节螺母的位置进行计算，调节丝杆的行程取钢丝绳长度L×20%，使调节余量足够（余量是钢丝绳报废前最大伸长量的两倍）。

三、钢丝绳与绳套连接浇锌工艺过程

1.准备工作

工具、工料准备。浇锌工具、工料：锌锭、焦炭（各100kg）、焦炭炉、坩埚、细废型沙；压顶工具：两只8 吨千斤顶、若干16 号铁丝、麻绳及木板等。除油工具、工料：一只50L 塑料桶、一桶清水、浓盐酸（约100kg）；保护吊头工具、工料：开口油桶、干净机油（约100kg）；其他工具：专用工作台、切割机、钢丝钳、锤子、大力钳及长柄螺丝刀等。

下料：根据每根钢丝绳所需最小长度的计算结果，用切割机锯割新钢丝绳所需长度。散头和除油：先将钢丝绳一头在25cm 左右处用铁丝（直径2mm）连续单排紧绕6cm 左右，扎紧，形成扎箍；然后穿入绳套，将钢丝绳250mm 端222 根钢丝松散开，形成散头，初步除去钢丝上的油脂。

2.蓬头制作

如图1 所示，以与闸门连接的一头为例。

（1）用专用工具从钢丝绳的外围把细钢丝逐根对折，用此法从四周向中央逐圈进行盘紧、盘实，最后形成半球形；且球形的直径与绳套轴销端开口口径大致相当，球头的高度约13cm。

（2）压装

①初装：将钢丝蓬头拉入绳套锌腔测量尺寸，初步估算淹没蓬头的锌液面的位置，保证销轴及连接杆安装不受影响，否则必须做压装处理。

②压装：将初装好的绳套放在专用的工作台上，两边用轴销架于两只千斤顶上，注意千斤顶的顶部要放上木板起保护作用。调整好高度后，在工作台的背面，用专用的夹具将钢丝绳夹紧，以防在千斤顶顶压绳套时钢丝绳滑落，两只千斤顶要确保同步挤压，直到两只千斤顶顶不动为止，此时液压千斤顶应在有效的行程内，否则可能出现绳套与钢丝绳蓬头之间没有挤压到位。注意在初装和压装钢丝绳时要确保钢丝绳中心线与绳套导向孔同心。

（3）清除油脂及浇锌

①清除油脂：将压装好的绳套组件放入盛有浓盐酸的塑料桶内，盐酸的深度以刚好淹没整个绳套为宜，避免将绳套外部的钢丝绳上所镀的锌和油脂误除。由于镀锌钢丝绳上的锌层与浓盐酸剧烈反应，使附在镀锌层外面的油脂污渍分离出来漂浮于液面；用塑料舀子将液面上的黑色油污瓢去，在盐酸中浸泡约10min左右，等到反应翻腾的水泡上再无黑色油污浮起时即可。用麻绳将绳套抬起，移出盐酸桶，用清水冲洗绳套外壁，以防在浇锌固定时残余盐酸伤及手与衣物。

②固定就位：将除去油污的绳套组件放在专用的工作台上，使绳套口朝上处于方便操作的高度并固定牢靠，然后用废型砂将钢丝绳与绳套锥端面的缝隙从外口封堵一层，以防浇注时锌液漏出。

③浇锌：在做以上工作的同时，要将碎锌块（预先将锌块敲成小碎块）放入焦炭炉中加热的坩埚内，锌到400℃以上开始熔化，在熔化的过程中，由于表面会不断的氧化，因此要不时用长柄铁勺将浮在表面的氧化层除净，准备好浇注。等锌彻底熔化好后，用一根钢筋横穿于两锅耳上，两人抬起钳锅将锌液倒入绳套内。注意，浇注时速度要快，最多分两次进行，但尽量在1min 之内完成，边浇边看绳套内锌的情况，绳套内锌的用量以完全淹没钢丝蓬头后，再高出2～3cm 为宜；也可以用专用铁勺把锌液舀入绳套完成浇锌操作。

④防锈保养：将浇好锌的绳套冷却后，放入盛有机油的油桶中，深度以完全淹没绳套为宜，在此油中浸泡12h 后即可使用。

同样，按以上工艺流程，做好钢丝绳另一头的浇锌连接工作。然后装上销轴和连接杆，就可以与闸门吊座及启闭机吊座整体连接。

3.调试

双吊点闸门，两根钢丝绳起吊，共有4 个绳套，每根钢丝绳两头各与一个绳套和连接杆相连，连接杆和闸门吊座或启闭机油缸吊座连接。整体连接妥当后，根据原始测量数据，对两根钢丝绳长度进行初步调节。然后启闭闸门，观察闸门运行状态，是否有倾斜，可以将闸门关到底或置于搁门器上，在钢丝绳不受力状态下逐步细调，使闸门平衡居中，闸门关到底保持钢丝绳一定的绷紧度不松垂即可。在以后使用的一年间，新的钢丝绳会因受力产生塑性变形不断被拉长，需经常调节两根钢丝绳的长度，才能保持闸门平衡居中正常运行。当钢丝绳塑性变形完全释放后，基本不再需要调节。调节钢丝绳长度属于启闭设备日常维护保养内容■