25316-1 (Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза), страница 5

нических сооружениях применяются электрические кабели. Для силовых

цепей при напряжении до 1000 В преимущественно используются брони­рованные кабели с медными жилами, свинцовой оболочкой и бумажной изоляцией СБТ. Находят применение так - же силовые кабели с алюми­невыми жилами в свинцовой или алюминевой оболочке АСБ и ААБ.

В качестве контрольных кабелей преимущественное распространение получили бронированные кабели со свинцовой или виниловой герметизи­рующей оболочкой с медными жилами КСРБ и КВРБ.

Для присоединения подвижных электроприемников и переносной электроаппаратуры применяются гибкие шланговые кабели с резиновой изоляцией КРПТ, ШРПС и ШРМ.

Удобство монтажа и обслуживания обеспечивает маркировка кабелей и кабельных жил с указанием типа кабеля и назначения жил.

2. ОПИСАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА

Затворы, которые служат для перекрытия судоходных отверстий в головах шлюзов, называют воротами. В зависимости от назначения и условий работы ворота подразделяются на основные , ремонтные и ава­рийные. Основные рабочие ворота предназначены для непосредственного выполнения операций по пропуску судов через шлюз, ремонтные приме­няются для закрытия судоходных отверствий при ремонте основных во­рот и подводных частей сооружения, а аварийные перекрывают поток воды при повреждений рабочих ворот. Рабочие ворота могут использо­ваться для наполнения и опорожнений камеры. При выборе типа и конс­трукции ворот, наряду с требованиями достатичной прочности и жес­кости, экономности и ремонтопригодности, необходимо учитывать удобство их в эксплуатации и надежности в работе.

Различные размеры камер шлюзов и величины напоров, а также раз­нообразие требований вызвали появление многочисленных конструкций шлюзовых ворот. Все ворота разбиваются на две большие группы: одно­полотные двухполотные (двустворчатые ). Однополотные ворота бывают плоскими, поворотными на вертикальной или горизонтальной оси, подъ­емными, опускными и откатными, сегментными и секторными. Двуствор­чатые ворота бывают плоскими, цилиндрическими и сегментными ( с вертикальными осями вращения ).

Рабочие ворота всех типов должны выдерживать кроме гидростати­ческих и гидродинамических нагрузок в закрытом положении, возможные случайные удары от навалов на них судов, подходящих со стороны верхних бъефов.

В настоящее время наибольшее распространение получили двуствор­чатые ворота, главным образом, для нижних голов шлюза, плоские опускные ворота - для верхних. Однотипные, откатные и подъемные, сегментные и платянные находят меньшее применение и не рекомендуют­ся к разработке в проектах без специального обоснования.

Широкое применение двустворчатых ворот обусловленно их высокой надежностью в работе, меньшим весом конструкции и механизмов и, следовательно, более высокими экономическими покозателями. Они мо­гут удерживать большие напоры воды, они применяются в качестве ос­новных ворот на нижних головах шлюзов. Лиш в отдельных случаях они применяемы на верхних и средних головах. В условиях колебания уров­ней воды в верхнем бъфе применение двустворчатых ворот на верхней голове нерационально, из - за возникающих трудностей при створении, а также повышенных нагрузок на механизмы ворот. Двустворчатые воро­та применяются также в качестве ремонтных ворот как на верхней так и на нижней головах. Наполнение и опорожнение шлюзов, оборудованных двустворчатыми воротами, производится, как правило, через водона­порные галереи, а также через специальные отверствия в полотнищах ворот, перекрываемых клинкетами.

2.1. Элементы ворот и действующие нагрузки. Двустворчатые ворота состоят из двух полотен опирающихся в закрытом состоянии друг на друга опорными подушками створных столбов. В открытом состоянии, при пропуске судов, створки входят в расположенные в устоях верти­кальные ниши, называемые шкафами.

Набор полотна включает в свой состав раму с вертикальными или горизонтальными ребрами. Эти части ворот имеют следующие названия: горизонтальные ребра - ригели, вертикальные ребра - стойки.

Сама рама имеет по оси вращения - вереяльный столб; по створу - створный столб; по верху - верхний ригель; по низу - нижний ригель; по диагонали - диагональные связи. Конструктивная схема ворот пока­зана на (рисунке 15).

Плоские двустворчатые ворота встречаются с полотнами ригельной системы, а также стоечной. Ориентировочно, если высота ворот больше 0,75 длинны, применяют ригельную систему, а при меньшей - стоечную.

Конструкция плоских ригельных ворот показанна на (рисунке 15). Против каждого ригеля на вереяльном и створном столбах расположены упорные подушки. Через упорные подушки створки опираются друг на друга в створе и передают давление воды на закладные подушки устоев головы. Ригели - балки составного двухстворового сечения со сплош­ной стенкой. Стрингеры - продольные ребра, предназначены для увели­чения устойчивости обшивки при работе ее на сжатие в общей системе ворот. Они устанавливаются между ригелями и представляют собой бал­ки прокатного профиля. Вереяльные створные столбы выполняются в ви­де коробчатых балок трапецидального сечения. В верхней части вере­яльного столба закрепляется ось гальсбанда, а в нижней - надпятник.

Для обеспечения устойчивости ригелей при продольном сжатии ста­вят диафрагмы по длине створки на расстоянии 1,7 - 2,7 м.

С целю уменьшения перекоса створки от собственного веса делаются диагональные связи. В верхней части створных столбов устанавливают­ся захваты для обеспечения точного створения ворот.

Основным условием, обеспечивающим нормальную работу ворот, явля­ется сохранение их геометрических размеров. При эксплуатации изме­нение длинны створок происходит в следствии упругой деформации ри­гелей, створных столбов, износа вкладышей и их деформации. Уменьше­ние длинны створок ведет к уменьшению стрелы подъема арки и увели­чению продольных усилий в ригелях ворот при напоре.

Практика показывает, что просадка ворот может достигать значи­тельных величин ( до 50 - 100мм ). С увеличением срока эксплуатации

эти величины возрастают. Посадка также отрицательно сказывается и

на работе пятового устройства.

Ввиду того что обычные способы не дают точных значений просадки по нижнему ригелю, применяются различные устройства для контроля посадки ворот, позволяющие вести соответствующие наблюдения. Опи­санное снизу подобное устройство (рисунок 16) по принципу работы электромеханическое. Датчиком служит рычажно - пружинная механичес­кая система, а передающий элемент - электрический.

Механический датчик контроля ворот работает следующим образом. При подходе створки к порогу шток через тягу и стакан пружины пере­дает движение двуплечному рычагу стрелки, которая поворачивается на соответствующий угол на торированной шкале, указывает прогиб ворот.

Пятовые устройства - наиболее ответственные узлы ворот. При вра­щении створки пята воспринимает ее вес и горизонтальную составляю­щую нагрузки от сил перепада уровней воды и ветровой нагрузки на выступающую подветренную часть ворот. Величина перепада при откры­тии ворот принимается равной 0,15м.

Конструкция пяты двустворчатых ворот состоит обычно из двух ос­новных частей - надпятника, укрепленного на створе ворот, и подпят­ника, заделанного в бетон. Расположенная под водой и требующая для своего осмотра и ремонта откачки камеры пята является весьма от­ветственной частью ворот, работа которой должна быть особенно на­дежна.

Конструкций пят существует несколько. во всех конструкциях сох­раняется эксцентриситет в плане ( смещение ). Все пяты грибовидные и отличаются способом крепления хвостовика гриба устройства. Имеют­ся конструкции пят, где между подвижными и неподвижными частями подпятника устанавливаются кольца из пластин красной меди. Надпят­ник выполнен из стального литья за одно целое с упорной подушкой и прикрепленной болтами к нижней части вереяльного столба. В надпят­нике закреплен бронзовый вкладыш, в который входит грибовидная пята из нержавеющей стали. Хвостовик пяты крепится в отливке, которая, в свою очередь устанавливается в бетонном основании и крепится фунда­ментными болтами.

Гальсбанд является верхней опорой створки, удерживающей ее от опрокидывания.

С его помощью производится установка вертикального положения створки. Гальсбанд представляет собой конструкцию, состоящую из ко­лец, охватывающих шейку или шип на створке ворот, и двух горизон­тальных тяг, соединенных с элементами, заделанными в бетонную клад­ку устоя. Вращая гайки стяжек, можно изменять их длинны и, следова­тельно, устанавливать положение оси гальсбанда. Для облегчения вра­щения стяжных гаек применяется дифференциальная резьба. Устанавли­вая створку по направлению одной из тяг, разгружается для регули­ровки вторая.

Вереяльные "шарниры" ворот состоят из закладных и упорных поду­шек.

Закладная подушка воспринимает давление от трехшарнирной арки и передает его на бетон, этим и объясняется большие размеры основания подушек. В бетоне закладная подушка закрепляется анкерными болтами. Овальные отверстия для анкерных болтов позволяют регулировать ее установку. Упорная подушка, также как и закладная, отливается из стали, а ее пазы заливаются баббиттом или компаундом из эпоксидной смолы. Такие подушки устанавливаются на створном столбе, вторая упорная подушка створного шарнира не имеет вкладыша, заливаемого баббиттом.

2.2. Приводной механизм для перемещения двустворчатых ворот. На­ибольшее распространение в качестве приводов двустворчатых во-

рот получили плоские шарнирные механизмы - кривошипно - шатунные, реечные, штанговые. наряду с этими механизмами применяются также канатные механизмы, которые установлены на отдельных шлюзах.

Кривошипно - шатунные механизмы (рисунок 17) применяются при ши­рине камеры шлюза, не превышающей 22м, для камер с шириной 18м они наиболее рациональны, так как имеют кривошипное колесо небольшого размера.

Механизм имеет шарнирно прикрепленную к колесу тягу - шатун, со­единенно шарнирно со створкой примерно на 1/3 ее длинны от оси ве­реяльного столба. Соединение шатуна - штанги с полотном и ведущим колесом выполняется эластичным при помощи упругого звена - пакета тарельчатых пружин, встроенных в звено. Диаметр большого колеса вы­бирается с таким расчетом, чтобы при перемещении створки из закры­того положения в открытое и обратно колесо поворачивалось на угол 180^о - 200^о. Пакет тарельчатых пружин позволяет осуществлять дожим створки за счет деформации пружин, а также уменьшает пиковые дина­мические нагрузки, появляющие в период пуска механизма и при его стопорении.

Основное достоинство кривошипно - шатунного механизма (рисунок

18) - плавность изменения скорости ( от нуля в начале движения с возрастанием примерно по синусоидальному закону до среднего положе­ния створки и уменьшения до нуля в конце движения по тому же закону ). Такой характер движения створок необходим для получения правиль­ного и спокойного створения ворот. Кривошипно - шатунный механизм в силу указанных кинематических достоинств дают минимальное ускорения и силы инерции в период неустановившихся режимов.

Такие механизмы наиболее безопасны в действии, доступны для ос­мотра и ремонта и удобны в эксплуатации. Недостатком их является то обстоятельство, что тяговое усилие прикладывается к верхнему ригелю на растоянии 1/4 - 1/3 его длинны ( считая от оси вращения полотна ) в то время как равнодействующая сопротивлений движению полотна ворот находящихся в нижней его части. Момент, изгибающий полотно в направлении, перпендикулярном его плоскости, тем больше, чем выше отметка верхнего ригеля ворот над уровнем нижнего бъефа и чем боль­ше высота ворот.

К числу недостатков этих механизмов следует отнести также появ­ление значительных тяговых усилий в шатуне, большие размеры ведуще­го колеса ( диаметр колеса достигает 5 -7м ), что связано с увели­чением площади устоев.

2.3. Определение мощности и выбор электродвигателя для электро-

механического привода двустворчатых ворот судоходного шлюза.

Электроприводы основных механизмов судоходных гидротехнических сооружений являются ответственными элементами электрооборудования шлюзов. Несоответствие выбранного привода технологическому режиму, неполный счет факторов, воздействующих на привод в процессе эксплу­атации, может привести к сбоям в работе, перерывам в шлюзовании и даже к аварии на шлюзе. Учитывая, что выход из строя шлюза приводит к частичному или полному ( на одиночны шлюзах ) прекращения судап­ропуска, вопрос правильного выбора электропривода, и, в частности, электродвигателя - основного элемента привода - является весьма полным и актуальным.

Выбор электродвигателя для шлюзовых механизмов производится на основание предварительно построенного графика нагрузки. Затем выб­ранный электродвигатель подвергается проверкам. Если электродвига­тель не удовлетворяет какой - либо проверки, то необходимо взять другой и вновь произвести все проверки.

2.3.1. Исходные данные. h_к = 18 м; ширина камеры; Н_м = 15 м; высота створки; h = 5 м; заглубление створки; Dh_с = 0,15 м; перепад на створку;

i_з = 2300; передаточное число редуктора и открытых зубчатых пере дач;

h = 0,74; КПД редуктора и открытых зубчатых передач;