厄瓜多爾豎井施工用提升系統的設計與應用

周 振 興， 曾 良 紅

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概況

厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站互聯井(垂直高度66 m)、調壓井(垂直高度 38 m)、電纜井(垂直高度 366 m)和高壓豎井(垂直高度 337 m)。豎井的垂直高度較高，且豎井施工過程比較復雜包括前期開挖、中期襯砌、后期設備安裝。在整個施工過程中需配置一種承擔施工人員、施工機具和工程材料垂直運輸、混凝土輸送用BOX管安裝、拆除的起重機，其必須確保施工交叉作業中施工人員的安全，具有極高的安全性和可靠性。

2 提升系統設計

2.1 主要技術參數

(1)額定起重量：10/3T其中：10T吊鉤(BOX 管安裝、拆除、檢修)，3T吊籠(主要承擔人員上下、鋼筋、小型施工機具的輸送)。

(2)各機構速度：10T 起升速度：2-20 m/min；10T 小車運行速度：1-10 m/min；3T 載人機構起升速度：載人：3-30 m/min；載物：2-20 m/min；3T 載人機構小車運行速度：5 m/min。

(3)橋機跨度：7.85 m

(4)整機工作級別：A6(其中 10T 起升機構為 M6,運行機構為 M3；3T 載人起升機構為 M6,運行機構為 M3；大車運行機構為 M3)

(5)起升高度10T:軌面以上 3.9 m，軌面以下 350 m。

(6)3T載人機構：軌面以下 290 m。

(7)大車運行距離：4.9 m，大車軌道型號：43kg/m。

(8)大車供電形式：電纜。

(9)電源：440 V，60 Hz。

2.2 結構及工作原理

豎井提升系統設計為非標的橋式起重機，大車驅動方式為分別驅動。起升機構主要由電動機、半齒聯軸器、浮動軸、帶制動輪半齒聯軸器、制動器、安全制動器、減速器、開式大、小齒輪、卷筒組、吊具(扁擔梁)、吊鉤、高度指示裝置、荷重指示裝置等組成。當得電時，電動機作正向或反向轉動，通過帶制動輪聯軸器、減速器、開式大、小齒輪帶動卷筒轉動，旋轉的卷筒轉動使鋼絲繩纏繞卷繞或釋放，帶動吊具、吊鉤或吊籠作上升或下降運動，以達到起吊物品或載人的目的。

圖1 10T 載物和 3T 載人立面圖

2.2.1 小車架

小車架為整體構件，由鋼板焊接而成。載重梁截面為工字梁或箱形截面梁。受運輸條件限制，運輸時小車架需打截，打截處由螺栓及連接板連接而成。

2.2.2 卷筒組

卷筒組由卷筒軸、卷筒、超載限制器和軸承座等組成。卷筒為鋼板卷制卷筒。10T卷筒組為雙卷筒、雙層纏繞，鋼絲繩在卷筒上自由雙層纏繞，在卷筒兩端設有擋板，以防止鋼絲繩從卷筒上脫落。3T載人起升機構卷筒采用折線卷筒，同時在卷筒兩端焊有擋板及過渡環，擋板能防止鋼絲繩從卷筒上脫落，過渡環能使鋼絲繩很好地完成層間過渡。

2.2.3 制動器

選用YWZ4型液壓推桿制動器，其作用是使物品或人按需要停止在任一高度位置上。為保證故障時或緊急狀態下，能安全制動，在各起升機構的卷筒尾部設置有液壓盤式常閉式安全制動器。

2.2.4 高度指示裝置

10T和3T主要由高度儀、DXZ 旋轉限位+編碼器組成，所帶的增量編碼器都接入 PLC，與電機所帶編碼器作比較，檢測電機超速、斷軸、失速等等信息，驅動安全制動器工作，從而有效安全保護起升電機的使用。高度儀的顯示儀用于顯示物品或人的起升高度，并吊具的上下極限。DXZ 旋轉限位亦用于控制吊具的上下極限，它與高度顯示儀一起實現對吊具上下極限的雙重保護。各起升機構還裝有重錘限位開關，對起升上極限又多一重安全保護。

2.2.5 荷重指示裝置

10T雙卷筒荷重指示裝置采用軸承座式傳感器，3T 荷重指示裝置采用旁壓式傳感器。其荷重的顯示儀表裝在司機室內。當荷重達90%額定負荷時儀表發出聲光報警，當荷重達105%額定負荷時自動斷電停機。帶有斷繩保護，當傳感器A與傳感器B的實時比值，超過一個范圍(5%)，即有一個傳感器失去負載或失去信號，輸出動作；同時超載帶有一個總顯示屏。

2.2.6 3T載人吊籠

3T載人吊籠主要承擔人員上下、小型施工機具的輸送。它由主滑輪系、副滑輪系、吊籠體、防擺輪系、卷簾門、防脫繩裝置等部分組成。正常工作時主滑輪系鋼絲繩處于繃緊受力狀態，副滑輪系處于繃緊不受力狀態。當主滑輪系鋼絲繩斷裂時，副滑輪系代替主滑輪系受力工作，從而起到斷繩保護。防擺輪與吊籠體剛性連接，每對放搖擺輪中間穿有穩繩裝置的鋼絲繩，從而實現升降時吊籠不產生過大的浮動。

2.2.7 電氣設備組成

起重機電氣設備由電動機動力配電設備和控制設備及現地傳感器(荷重、開度傳感器等)等設備組成。具體電氣設備主要有一個電氣控制柜、三摞電阻器、一套司機室及聯動臺、兩個端子接線箱、儀表等相關器件。

起重機的電氣系統主要由電氣控制柜、電動機、電阻器、司機室、聯動臺、照明信號、通信、檢測保護元件、儀表指示等部分組成。

3 選型計算

3.1 小車鋼絲繩計算

由G吊具 =1.155 t，繩徑φ26理論單位長度自重：2.91 kg/m繩長L= 4×385.5 m =1 542起升高度H=385.5 m；

鋼絲繩自重：G=2.91×1 542=4 488 kg.

查表得：φ26 34×7-IWS1870 鋼絲繩，最小破斷拉力為 F=402 kN

鋼絲繩安全系數：

≈6.4

按照規范載物時鋼絲繩的安全系數不小于[n]=5.6

n繩>[n]鋼絲繩的選擇能滿足使用要求。

3.2 小車起升電機計算

當G吊=10T(G吊為起重量)時，提升速度V=2-20 m/min；

此時電機功率為P：

=56.78 kW

式中η為機械效率，η=0.9；

所選電機功率P0=63 kW>P=56.78 kW電機的選取能滿足使用要求。

4 各機構間防止誤操作保護功能

(1)設定10T起升及小車運行機構為1號和2機構，地面3T起升及小車運行機構為3號和4，大車運行機構為5號；

(2)1、3號兩個機構任何一個機構的吊具在井內時，5號機構不能開動；

(3)1～5號機構觸動各自的行程限位時，相應機構不能工作；

(4)1、3號機構任一機構過載、欠載時相應機構不能工作；

(5)1號機構高度高于3號機構高度時，2、4、5號才能動作；

(6)所有操作手柄在操作過程中，必須在操作人員將檔桿調至相應檔位并對檔桿適壓輕微重力時，方能在該檔位正常工作；否則，操作過程中，操作人員手臂離開檔桿輕微重力消失后，檔桿自動回歸零位，機構停止工作，以確保操作安全。

5 應用情況

豎井提升系統已在厄瓜多爾保特—索普拉多拉水電站豎井施工中得到成功的應用。經過實際應用表明該提升系統達到設計標準，符合安全性和可靠性要求，其各項技術指標滿足深豎井施工使用功能需要。該起重機于 2015 年 4月 13 日驗收投入運行，截止目前已施工完畢。

6 結 語

隨著現代化經濟建設發展，尊重生命的安全理念和觀念不斷深入人心，體現“以人為本”的科學發展觀， 人們對起重機的安全性和可靠性越來越高。 “載人載物深豎井起重機技術”可以推廣適用電力、石化、鋼鐵、交通等領域對專業化、自動化、安全性高，性能可靠，維護簡便的需求，具有廣闊的應用市場和發展空間，其行業前景看好。該技術目前已成功推廣應用于白鶴灘水電站引水隧洞豎井的施工建設中。