金安橋水電站纜機設備選型研究

安志茂

（金安橋水電站有限公司，云南 麗江 6741000）

在水電站工程施工中，根據(jù)地形和工程需要合理的選擇、設計纜機布置和結構形式，對工程造價、施工進度和方便使用十分重要。

1 纜機的主要結構形式

纜機主要形式有6種：①平移式纜機，該纜機覆蓋面積大，兩岸大車都可以上、下游移動，使用操作方便，但軌道平臺開挖量大，造價高；②輻射式纜機，該纜機只有一邊大車沿弧形軌道行走，一邊用地錨固定，形成三角形覆蓋面，一般用于拱壩（如拉西瓦、二灘水電站）；③固定式纜機，該纜機在兩岸用地錨固定，開挖量小、造價低，特別適用于橋梁架設、小型混凝土水壩施工和設備吊運；④擺塔式纜機，該纜機在兩岸用地錨固定，主索用塔架撐起，調(diào)節(jié)塔架上、下游纜風繩使塔架上、下游擺動以達到主索上、下游小量移動的目的，塔架高而細，和基礎鉸相接 （如三峽擺塔式纜機）；⑤纜軌式纜機，該纜機主索索頭安裝在上、下游方向布置的纜索軌道上以使主索上、下游移動，即在上、下游方向以纜索代替纜機軌道，不用開挖纜機軌道平臺，適用于兩岸山坡陡峭的地形，但設計安裝難度大；⑥擺幅式纜機，此纜機用兩套滑輪組代替輻射式纜機弧形軌道，調(diào)節(jié)兩滑輪組鋼絲繩長度使主索索頭上、下游擺動，可形成一個三角形覆蓋面，大大減少了開挖量和布置困難，適用于岸邊山坡陡峭的地形。

2 金安橋水電站纜機設備選型

2.1 纜機設備選型

根據(jù)國內(nèi)、外碾壓混凝土壩施工經(jīng)驗，結合本工程實際條件，金安橋水電站大壩壩體混凝土澆筑主要由自卸汽車入倉，纜機主要承擔進水口壩段高程1 370 m以上、兩岸溢流壩段和非溢流壩段高程1 390 m以上的混凝土澆筑，整個施工時段最大生產(chǎn)能力為：1號纜機3.15萬m3/月，2號纜機2.88萬m3/月， 此生產(chǎn)能力采用200 kN纜機澆筑勉強能夠滿足。但為了保證在壩頂交通尚未具備通車的條件下能順利實現(xiàn)金屬結構等設備吊裝。壩體金屬結構最大單件質量約500 kN，若采用2臺200 kN纜機，無法保障金屬結構吊裝。同時，金安橋水電站廠房和大壩為兩個施工合同招標，施工中干擾問題較明顯，因此對纜機的澆筑能力應適當留有余地，綜合考慮采用了兩臺300 kN平移式纜機。

2.2 纜機主要技術參數(shù)

纜機為300 kN平移式；起重機工作級別M7；跨度797 m （按承載索支點計）；吊鉤總揚程250 m；工作狀態(tài) （非工作狀態(tài)） 計算風速20（36）m/s；滿載時承重索最大垂度為跨度的5% （按承載索支點計）；小車橫移速度450 m/min；纜機小車非正常工作區(qū)范圍70 m（左右兩端）；左岸承載索支點高程1 487 m（20 m高塔架）；右岸承載索支點高程1 505 m（無塔式）；纜機大車運行范圍167 m；大車運行速度12 m/min；兩臺纜機承載索間最小距離12 m；滿載起升速度133 m/min；滿載下降速度180 m/min；空罐升降速度180 m/min；主塔前后軌距9 m；副塔前后軌距12 m。

2.3 纜機生產(chǎn)能力分析

纜機吊運1罐混凝土的循環(huán)時間隨著操作技術熟練程度、澆筑塊的工作條件、升降高度、小車運行距離以及供料情況等而變化。根據(jù)纜機的運行參數(shù)、大壩混凝土最大澆筑位置 （廠房壩段底部混凝土）計算纜機的實際運行強度為10～12罐/h，基本可確?；炷寥雮}強度為75 m3/h，月強度8萬 m3。

3 影響纜機造價和安全使用的主要因素

3.1 影響纜機造價的主要因素

（1）塔架。纜機塔架越高，軌距越大，鋼材用量和配重也越大，特別是平移式纜機土建開挖量和基礎混凝土量也顯著增大。因此在地形、地質條件允許的條件下，盡可能選用無塔架、低塔架纜機或僅一邊有塔架纜機。

（2）吊重和速度。纜機吊重與混凝土澆筑量、金屬結構設備吊裝重量有關。為了保證澆筑強度，應該選用速度較高的纜機，因為在完成同樣工作量的情況下，提高速度可以減小纜機吊重和整體結構，降低造價，但是也要兼顧安裝需要的慢速度和大吊重。如三峽纜機澆筑混凝土時由于速度高、沖擊力大，只允許吊20 t；安裝時慢速可以吊25 t，十分合理、巧妙的解決了速度和吊重問題。另外小車速度要和纜機跨度匹配，起升速度要和纜機起吊高度匹配，以免其達不到要求或造成浪費。

3.2 影響纜機安全運行的主要因素

（1）承碼。纜機承碼主要有牽引式、自行式、固定式 （張開式和不張開式）。牽引式承碼重量輕，但塔頭寶塔輪上繩索太多；自行式承碼自重太大，關鍵是承碼夾著主索和牽引索行走，易使主索表面鋼絲疲勞斷絲、牽引索磨損，直接影響了纜機安全運行 （金安橋電站選用了2×5對自行式承碼，承碼進行了多次改造、調(diào)試后運行較穩(wěn)定，雖然有主索斷絲但是未暴絲，還可以繼續(xù)使用）；固定張開式承碼是在小車通過承碼時用小車開碼軌道擠壓承碼開碼輪使承碼臂張開，讓起重輪通過，承碼重量較輕，但小車對承碼碰撞力較大；固定不張開式承碼拖輪固定在承碼臂上，起升索用小車斜滑輪導向到承碼拖輪上部使小車通過承碼，承碼重量輕，結構簡單，沒有沖擊力，但小車增加了兩個斜滑輪。筆者認為牽引式承碼和固定式承碼相對安全，固定不張開式最安全，自行式承碼對主索和牽引索危害較大，大大減少了主索壽命，存在不安全因素。

（2）電動機及控制系統(tǒng)。電動機主要有交流電動機、直流電動機和變頻調(diào)速電動機。交流電動機維護方便，但控制性能差。金安橋纜機選用的直流電動機調(diào)速范圍大，起步穩(wěn)，用計算機數(shù)據(jù)線和司機室連接，相對比較先進，安全可靠。

（3）主索及垂度調(diào)整。單索單重太大，給運輸和安裝帶來不便。金安橋水電站采用φ95 mm封閉單索纜機，主索運輸質量50 t，破斷力1 022 t，如改用多索纜機，安裝使用將會更方便安全。主索采用了復滑輪組雙出繩結構，但不如大連產(chǎn)纜機復滑輪組單出繩結構安全、調(diào)節(jié)方便。

（4） 提升牽引機構和滑輪。起升鋼絲繩在卷筒擺動角允許的情況下盡量采用與卷筒軸線垂直布置，若采用與卷筒軸線平行布置時，要增加同步排繩機構，相對也增加了磨損和不安全因素。金安橋水電站牽引索采用摩擦傳動，摩擦面采用了高摩擦系數(shù)復合材料，結構輕巧，鋼絲繩用量小，使用安全可靠；滑輪選用了重量輕、對鋼絲繩磨損小的MC尼龍滑輪，提高了鋼絲繩的使用安全可靠性。

（5）大車行走機構。金安橋水電站纜機軌道選用QU100重軌，減少了車輪及平衡梁數(shù)量，提高了可靠性，但是穿心車輪軸結構檢修更換十分不便，并且由于設計制造缺陷造成副塔車輪大量檢修更換，耽誤了很多時間，給混凝土澆筑造成重大影響。建議采用安全可靠的自潤滑復合材料滑動軸承或刨分式結構，便于拆卸、更換、維修。

4 結語

（1）從2006年1月纜機運行到現(xiàn)在，金安橋水電站選用的2臺300 kN纜機全部完成了設計施工吊運任務，可以看出國產(chǎn)纜機設計制造水平在不斷提高，但是也有一些經(jīng)驗教訓和待研究改進的地方。

（2）要重視纜機的設計結構和制造廠家的選擇。金安橋水電站纜機電氣部分運行良好，承碼出現(xiàn)了斷軸等問題，后進行了設計改造，主要更換了高強度材料的軸和壓力較大的彈簧，問題得到了解決；主索局部有斷絲但沒有跳出，牽引索2009年進行了更換，起升索至今未更換。主塔及其機械部分運行良好；副塔塔架沒有出現(xiàn)問題；副塔行走臺車存在不應有的設計制造缺陷，運行不到5年時間，2臺纜機64個大車車輪逐個進行更換了，并且其結構更換不方便，需要工時多，對混凝土澆筑產(chǎn)生了較大影響。

（3）纜機運行管理和維護水平有待提高。金安橋水電站纜機在運行管理中，機械部分維護、檢修能力強，可全部獨立完成，但由于操作不夠熟練，影響了生產(chǎn)效率，單臺纜機實際月混凝土澆筑最高強度1.5萬m3，和設計月4萬m3的澆筑量差距較大；電氣維護檢修能力還需提高。