水文测流铅鱼缆道主索、循环索设计实例分析

白 宁

水文测流铅鱼缆道主索、循环索设计实例分析

白 宁

（伊春水文局，黑龙江伊春153000）

水文测流铅鱼缆道是我国水文站主要测流设施。文章通过南岔水文站水文电动缆道设计实例分析，重新计算了新选取的主索及循环索的各项要求，新选取的主索、循环索有效的提高了南岔站水文测流铅鱼缆道的测洪能力。摆脱了原有手摇缆道测洪能力低、测验设备陈旧的原始测流方式。经过科学计算，保证了设备、人员在水文流量测量工程中的安全，极大的提高了南岔站水文测验的精度和规范要求。

南岔站；水文测流铅鱼缆道；主索；循环索；架设分析

0 前 言

水文测流铅鱼缆道是我国水文测站进行测流、取沙的一项重要技术设备，主要是有主索、循环索、支架、地锚等设施设备组成。建设过程要做到准确可靠、经济合理、方便实用。为达到各项要求，就要做到设计要有科学根据，安全系数选用合理、用材适当等方面［1］。

文章主要通过南岔水文站建设水文测流铅鱼缆道的实例对选用的主索和循环索进行科学的计算，保证所选取的主索、循环索能够保证满足水文测流铅鱼缆道测验的要求。改变原有比较原始的手摇缆道测流现状。

通过计算分析水文测流铅鱼缆道在南岔站的可行性，并利用实际计算结果对南岔水文站进行改造升级。将分析结果利用到实际工作中。

1 南岔水文测站概况

南岔水文站于1953年7月1日设立，位于伊春市南岔区迎春乡国庆村，地理坐标：E129°14′50″、N47°07′54″，集水面积2 582 km2，距河口距离15 km，南岔水文站系汤旺河水系支流西南岔河下游控制站，属区域代表站，省级报汛站。该站对探索西南岔河水文变化规律，掌握降水、径流和泥沙等水文数据，对西南岔河的防汛、水资源管理、水利规划具有重要的作用［2-3］。

2 南岔站水文测流铅鱼缆道改进设计实例分析

2.1 南岔站水文测流铅鱼缆道现状

该站水文测流铅鱼缆道建于1980年，缆道已经运行了26 a，自动化程度低，多年没有进行大的维修、改造，其主要部件破损严重，循环索已到使用年限急需更换设备带病运行，故障频繁，无法保证正常工作。

在现有条件下只能保证测量到20 a一遇洪水，原有手摇缆道测量测验最高水位为95.62 m、可测最大流量1 120 m3／s、可测最大流速3.0 m／s。如遇再高洪水只能放弃使用手摇缆道，给实际流量测验工作带来很大的困难［4］。

2.2 改进设计分析

2.2.1 设计依据及要求

为整体提高南岔站水文测流铅鱼缆道的实用性。改进水文测流铅鱼缆道的流量测验能力。南岔站改进后水文测流铅鱼缆道的测量标准要达到到30 a一遇洪水，流量测验设计水位：95.81m、设计流量：1375 m3／s、设计流速：5.0 m／s、缆道承受设计风力：12.0 m／s、水文测流铅鱼缆道主跨：199.0 m、主索安全系数≥3、循环索安全系数≥2.5。

南岔水文站缆道布设图见图1。

图1 南岔水文站缆道布设图

2.2.2 铅鱼选取

计算公式为：

根据南岔站的跨度和流速等原因，铅鱼重量的倍数取9值，P＝9ql＝175.52 kg

实际采用200 kg铅鱼。

2.2.3 主索设计计算

主索计算依据：

在计算南岔站水文测流铅鱼缆道主索可行性计算中，依据铅鱼重量200kg、行车架重为40 kg、其他附件为15 kg，以此为依据进行计算［5］。

南岔站选用的主索为D6×19Φ23.0mm钢丝绳。单位重q＝1.903㎏／m，截面积Fk＝2.01cm2，破断拉力Tj＝28150 kg，弹性模量Ek＝0.7×106。

主索各项要求计算过程：

2.2.3.1 主索的荷载计算

1）风荷载的计算：

所以：Pv＝P＋G＋Q＝250kg

3）水平集中荷载（无拉偏）的计算

计算公式为：

2.2.3.2 主索拉力计算1）空索拉力的计算：

2）风力与集中力同时作用下的主索加载拉力计算

式中：

经试算当H取4744.07㎏时等式成立。

3）加载垂度的计算：

2）垂直荷载的计算：

计算公式为：Pv＝P＋G＋Q

计算4）安全系数的验算：

因为HK≤Tj， 所以

既K＝5.93＞3.0

5）安全高的计算：

架顶高程-加载垂度-仪器高-设计水位＝安全高

南岔站水文测流铅鱼缆道主索计算结果

加载拉力4744.07 kg，主索安全系数为5.93＞3.0，所选D6×19Φ23.0钢丝绳符合要求［6］。

2.2.4 循环索设计计算

循环索设计依据：在计算南岔站水文测流铅鱼缆道循环索可行性计算中，循环索选用 D6× 19Φ5.1mm钢丝绳、单位重q＝0.098 kg／m，破断拉力Tj＝1 290 kg。循环索布设型式采用开口有平衡锤装置。配用滑轮为D＝160 mm，内装206滚动轴承，轴径de＝30 mm，磨擦系数μ＝0.03。

循环索计算过程主要分为4个部分：

2.2.4.1 装配拉力的计算

2.2.4.2 行车阻力的计算

本站最大行车阻力发生在行车带动铅鱼移动至缆道房平台时，此时a值定为10.0 m。

计算公式为：

式中：H的计算公式为：

分别将 A2，B2，C2代入式中经试算 H＝3873.32kg

2.2.4.3 循环索拉力分析采用开口平衡锤装置，求循环索最大拉力。正向行车拉力，即TxaTxb的计算公式为：紧边拉力Txa＝P＋Tp＋∑Fa＝253.50kg松边拉力Txb＝P-∑Fb＝182.37kg

驱动绞车所需动力ΔT1a＝Tp＋∑Fa＋∑Fb＝71.13kg

2.2.4.4 循环索安全系数验算

KTx＜Txi得K＝5.0887

2.2.4.5 起重索拉力计算

考虑最不利情况：Tmax＝Pmax＋∑Fc＝363.68kg

此时安全系数K＝3.55。

根据以上计算结果选用D6×19Φ5.1mm钢丝绳作为循环索符合要求。

2.2.5 水文测流铅鱼缆道改进后产生的效益

南岔站水文测流铅鱼缆道升级改造后提高了水文测验质量，将南岔水文站测洪能力提高到30 a一遇洪水位，解决了设施设备陈旧、老化存在的隐患。确保快速测取洪峰流量，为防汛抢险及时提供决策依据，详见表1。

表1 南岔站新旧铅鱼缆道功能对比表

3 结 论

水文测流铅鱼缆道的建设，将有效地改变水文测报设施陈旧落后、监测水平低的现状。加快了水文测站现代化建设步伐，提高了水文测验质量，减轻了水文职工工作强度，提高了工作效率，确保了水文职工人身安全。

文章通过实例计算过程介绍了水文测流铅鱼缆道的设计要求和计算公式。为今后工作提供了方便途径。本文仅简单的介绍了水文测流铅鱼缆道主索、循环索的计算过程。水文测流铅鱼缆道其它部分的计算过程还有待提高。

［1］中华人民共和国水利部.SL443—2009水文缆道测验规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［2］长江流域规划办公室水文处.水文缆道［M］.北京：水利电力出版社，1978：59-65.

［3］水利水电技术水文副刊编写委员会.水利水电技术：水文副刊［M］.北京：中国工业出版社，1965：78-83.

［4］贾志楠.“水文测流铅鱼造型的研究”通过技术鉴定［J］.水文，1984（06）：41.

［5］罗惠远，徐兆平，冯小匽.水文测流铅鱼造型的水动力学研究［J］.水文，1985（02）：33-37.

［6］刘默，白国辉，曹淑琴.铅鱼造型理论的应用［J］.黑龙江水专学报，1999，26（02）：20-22.

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1007-7596（2015）07-0044-03

2014-10-31

白宁（1981-），男，黑龙江伊春人，工程师，从事水文测验和资料分析工作。