水文測流鉛魚纜道主索、循環(huán)索設(shè)計實例分析

白 寧

水文測流鉛魚纜道主索、循環(huán)索設(shè)計實例分析

白 寧

（伊春水文局，黑龍江伊春153000）

水文測流鉛魚纜道是我國水文站主要測流設(shè)施。文章通過南岔水文站水文電動纜道設(shè)計實例分析，重新計算了新選取的主索及循環(huán)索的各項要求，新選取的主索、循環(huán)索有效的提高了南岔站水文測流鉛魚纜道的測洪能力。擺脫了原有手搖纜道測洪能力低、測驗設(shè)備陳舊的原始測流方式。經(jīng)過科學計算，保證了設(shè)備、人員在水文流量測量工程中的安全，極大的提高了南岔站水文測驗的精度和規(guī)范要求。

南岔站；水文測流鉛魚纜道；主索；循環(huán)索；架設(shè)分析

0 前 言

水文測流鉛魚纜道是我國水文測站進行測流、取沙的一項重要技術(shù)設(shè)備，主要是有主索、循環(huán)索、支架、地錨等設(shè)施設(shè)備組成。建設(shè)過程要做到準確可靠、經(jīng)濟合理、方便實用。為達到各項要求，就要做到設(shè)計要有科學根據(jù)，安全系數(shù)選用合理、用材適當?shù)确矫妫?］。

文章主要通過南岔水文站建設(shè)水文測流鉛魚纜道的實例對選用的主索和循環(huán)索進行科學的計算，保證所選取的主索、循環(huán)索能夠保證滿足水文測流鉛魚纜道測驗的要求。改變原有比較原始的手搖纜道測流現(xiàn)狀。

通過計算分析水文測流鉛魚纜道在南岔站的可行性，并利用實際計算結(jié)果對南岔水文站進行改造升級。將分析結(jié)果利用到實際工作中。

1 南岔水文測站概況

南岔水文站于1953年7月1日設(shè)立，位于伊春市南岔區(qū)迎春鄉(xiāng)國慶村，地理坐標：E129°14′50″、N47°07′54″，集水面積2 582 km2，距河口距離15 km，南岔水文站系湯旺河水系支流西南岔河下游控制站，屬區(qū)域代表站，省級報汛站。該站對探索西南岔河水文變化規(guī)律，掌握降水、徑流和泥沙等水文數(shù)據(jù)，對西南岔河的防汛、水資源管理、水利規(guī)劃具有重要的作用［2-3］。

2 南岔站水文測流鉛魚纜道改進設(shè)計實例分析

2.1 南岔站水文測流鉛魚纜道現(xiàn)狀

該站水文測流鉛魚纜道建于1980年，纜道已經(jīng)運行了26 a，自動化程度低，多年沒有進行大的維修、改造，其主要部件破損嚴重，循環(huán)索已到使用年限急需更換設(shè)備帶病運行，故障頻繁，無法保證正常工作。

在現(xiàn)有條件下只能保證測量到20 a一遇洪水，原有手搖纜道測量測驗最高水位為95.62 m、可測最大流量1 120 m3／s、可測最大流速3.0 m／s。如遇再高洪水只能放棄使用手搖纜道，給實際流量測驗工作帶來很大的困難［4］。

2.2 改進設(shè)計分析

2.2.1 設(shè)計依據(jù)及要求

為整體提高南岔站水文測流鉛魚纜道的實用性。改進水文測流鉛魚纜道的流量測驗能力。南岔站改進后水文測流鉛魚纜道的測量標準要達到到30 a一遇洪水，流量測驗設(shè)計水位：95.81m、設(shè)計流量：1375 m3／s、設(shè)計流速：5.0 m／s、纜道承受設(shè)計風力：12.0 m／s、水文測流鉛魚纜道主跨：199.0 m、主索安全系數(shù)≥3、循環(huán)索安全系數(shù)≥2.5。

南岔水文站纜道布設(shè)圖見圖1。

圖1 南岔水文站纜道布設(shè)圖

2.2.2 鉛魚選取

計算公式為：

根據(jù)南岔站的跨度和流速等原因，鉛魚重量的倍數(shù)取9值，P＝9ql＝175.52 kg

實際采用200 kg鉛魚。

2.2.3 主索設(shè)計計算

主索計算依據(jù)：

在計算南岔站水文測流鉛魚纜道主索可行性計算中，依據(jù)鉛魚重量200kg、行車架重為40 kg、其他附件為15 kg，以此為依據(jù)進行計算［5］。

南岔站選用的主索為D6×19Φ23.0mm鋼絲繩。單位重q＝1.903㎏／m，截面積Fk＝2.01cm2，破斷拉力Tj＝28150 kg，彈性模量Ek＝0.7×106。

主索各項要求計算過程：

2.2.3.1 主索的荷載計算

1）風荷載的計算：

所以：Pv＝P＋G＋Q＝250kg

3）水平集中荷載（無拉偏）的計算

計算公式為：

2.2.3.2 主索拉力計算1）空索拉力的計算：

2）風力與集中力同時作用下的主索加載拉力計算

式中：

經(jīng)試算當H取4744.07㎏時等式成立。

3）加載垂度的計算：

2）垂直荷載的計算：

計算公式為：Pv＝P＋G＋Q

計算4）安全系數(shù)的驗算：

因為HK≤Tj， 所以

既K＝5.93＞3.0

5）安全高的計算：

架頂高程-加載垂度-儀器高-設(shè)計水位＝安全高

南岔站水文測流鉛魚纜道主索計算結(jié)果

加載拉力4744.07 kg，主索安全系數(shù)為5.93＞3.0，所選D6×19Φ23.0鋼絲繩符合要求［6］。

2.2.4 循環(huán)索設(shè)計計算

循環(huán)索設(shè)計依據(jù)：在計算南岔站水文測流鉛魚纜道循環(huán)索可行性計算中，循環(huán)索選用 D6× 19Φ5.1mm鋼絲繩、單位重q＝0.098 kg／m，破斷拉力Tj＝1 290 kg。循環(huán)索布設(shè)型式采用開口有平衡錘裝置。配用滑輪為D＝160 mm，內(nèi)裝206滾動軸承，軸徑de＝30 mm，磨擦系數(shù)μ＝0.03。

循環(huán)索計算過程主要分為4個部分：

2.2.4.1 裝配拉力的計算

2.2.4.2 行車阻力的計算

本站最大行車阻力發(fā)生在行車帶動鉛魚移動至纜道房平臺時，此時a值定為10.0 m。

計算公式為：

式中：H的計算公式為：

分別將 A2，B2，C2代入式中經(jīng)試算 H＝3873.32kg

2.2.4.3 循環(huán)索拉力分析采用開口平衡錘裝置，求循環(huán)索最大拉力。正向行車拉力，即TxaTxb的計算公式為：緊邊拉力Txa＝P＋Tp＋∑Fa＝253.50kg松邊拉力Txb＝P-∑Fb＝182.37kg

驅(qū)動絞車所需動力ΔT1a＝Tp＋∑Fa＋∑Fb＝71.13kg

2.2.4.4 循環(huán)索安全系數(shù)驗算

KTx＜Txi得K＝5.0887

2.2.4.5 起重索拉力計算

考慮最不利情況：Tmax＝Pmax＋∑Fc＝363.68kg

此時安全系數(shù)K＝3.55。

根據(jù)以上計算結(jié)果選用D6×19Φ5.1mm鋼絲繩作為循環(huán)索符合要求。

2.2.5 水文測流鉛魚纜道改進后產(chǎn)生的效益

南岔站水文測流鉛魚纜道升級改造后提高了水文測驗質(zhì)量，將南岔水文站測洪能力提高到30 a一遇洪水位，解決了設(shè)施設(shè)備陳舊、老化存在的隱患。確保快速測取洪峰流量，為防汛搶險及時提供決策依據(jù)，詳見表1。

表1 南岔站新舊鉛魚纜道功能對比表

3 結(jié) 論

水文測流鉛魚纜道的建設(shè)，將有效地改變水文測報設(shè)施陳舊落后、監(jiān)測水平低的現(xiàn)狀。加快了水文測站現(xiàn)代化建設(shè)步伐，提高了水文測驗質(zhì)量，減輕了水文職工工作強度，提高了工作效率，確保了水文職工人身安全。

文章通過實例計算過程介紹了水文測流鉛魚纜道的設(shè)計要求和計算公式。為今后工作提供了方便途徑。本文僅簡單的介紹了水文測流鉛魚纜道主索、循環(huán)索的計算過程。水文測流鉛魚纜道其它部分的計算過程還有待提高。

［1］中華人民共和國水利部.SL443—2009水文纜道測驗規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［2］長江流域規(guī)劃辦公室水文處.水文纜道［M］.北京：水利電力出版社，1978：59-65.

［3］水利水電技術(shù)水文副刊編寫委員會.水利水電技術(shù)：水文副刊［M］.北京：中國工業(yè)出版社，1965：78-83.

［4］賈志楠.“水文測流鉛魚造型的研究”通過技術(shù)鑒定［J］.水文，1984（06）：41.

［5］羅惠遠，徐兆平，馮小匽.水文測流鉛魚造型的水動力學研究［J］.水文，1985（02）：33-37.

［6］劉默，白國輝，曹淑琴.鉛魚造型理論的應(yīng)用［J］.黑龍江水專學報，1999，26（02）：20-22.

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1007-7596（2015）07-0044-03

2014-10-31

白寧（1981-），男，黑龍江伊春人，工程師，從事水文測驗和資料分析工作。