刘亚军，昌国锴，赵玉超

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引 言

绞车广泛应用于水电站斜竖井施工提升系统中。由于普通绞车电动机、减速器、卷筒在同一条直线上布置，占据空间大，很难在水电站隧洞中布置。根据规范要求，水电站斜竖井施工需安装2台单筒绞车，要求安装单台绞车具备单机同步双牵引、远程遥控等工作模式。受地下洞室空间限制，安装2台单筒绞车布置困难，加之2台单机连动同时牵引同步精度较差，普通绞车操作系统不适应复杂且高危的斜竖井施工环境，在复杂的斜井提升系统中安全难以保障。为解决上述问题，满足水电站斜竖井施工中对绞车的安全性、可靠性以及工作时的稳定性要求，结合施工经验，在深圳抽水蓄能电站(以下简称“深蓄电站”)斜井施工中，对绞车进行了一系列的改进与优化。

1 绞车优化与改进

1.1 绞车安装及工作原理

水电站施工用绞车主要由主机系统、配电系统、电控系统及辅助系统组成。主机系统包含主电机、减速箱、双卷筒等；辅助系统包含液压站、润滑站等；电控系统分为控制系统、变频调速系统、操作监控系统。施工期间，先进行绞车基础施工，安装绞车系统；然后进行电控系统、辅助系统、配电系统及操作监控系统的安装；待所有系统安装完成后，进行调试试运行，验收合格后投入施工使用。使用过程中，按照使用规程定时对设备进行检查、保养、维修。

(1)绞车系统。绞车采用无级变速绞车，以重级为12.5T JTP型双筒绞车为例，绞车最大牵引力为150 kN，最大行驶速度为0.75 m/s，钢丝绳直径为φ32 mm，滚筒最大容绳量3层，可达500 m。绞车要求配有电机制动器及圈筒盘式制动器；绞车要求配有限位器、超速器、限载装置、排绳器；电气控制要求配有过载保护、过速保护、过流保护、通讯信号、紧急安全开关，电器均为防水型产品；操作柜与绞车安装位置之间要求符合相关规范要求。

(2)主机系统。绞车主机系统主要是指完成提升机从启动、加速、等速、减速、爬行到停车整个运行过程的逻辑控制及其必要的保护，并与其他子系统交换信号共同完成对提升机整机的有效控制。其中，主机动力通过电动机、弹性柱销齿式联轴器传递到直交平行齿轮减速器。减速完成后，经由齿轮联轴器传送至主轴装置。主轴装置的正、反转运动实现货物(人员)的提升和下降。盘式制动器在提升绞车启动、加速、减速、停车阶段参与调速，并在紧急情况下可靠制动闸盘，实现提升绞车的平稳停车，确保施工人员的人身安全[1]。

(3)电控系统。电控系统为全数字交流变频调速系统，采用矢量变频器作为提升机驱动、调速的主元件，网络化、数字化控制，具备提升工艺要求的过载能力，安全系数高，满足各种工况下受力的要求。采用PLC实现控制、监视及人机通讯，确保提升电控系统具备先进性、可靠性、稳定性、精确性、兼容性、高效性等功能特点。系统按“安全回路双线制，主要保护多线制”的设计原则，控制部分采用三菱FX3U型可编程控制，运行、减速、停车进行全程控制，安全可靠。系统关键参数如行程、速度、电流等具备双闭环调节，定位精准。其控操作台采用人性化设计，配备以可调闸模块、电源模块、触摸屏等，以及模拟量输入、输出模块，实现提升机的工艺过程控制和各种逻辑保护。对提升机的预备提升、启动、加速、全速操作简单，配备上位监控，通过监控界面对系统重要参数、运行状态等进行实时检测与记录，具备故障记忆功能，方便查阅。控操作台是电控系统的人机信息交换设备，担负着提升机进行集中控制、监视、参量信号设定和显示以及故障诊断和显示等重任。

(4)变频调速系统。变频调速系统主要由矢量变频器、能耗制动装置(制动单元+制动电阻)组成。变频调速系统根据控制系统的指令，对提升机的主电机完成启动、加速、等速、爬行到停车等功能。调速性能平稳，启动、制动、停车无冲击，节能降耗，保护功能齐全。变频调速原理见图1。

图1 变频调速原理示意

(5)配电系统。电源柜(以低压为例)作为380 V电源进线柜，内置断路器、电流互感器、隔离变压器、电流表、电压表等，具备过压、过流、失压脱扣保护功能；带有防雷装置，具有必要的机械及电气闭锁，安全可靠，结构简单，操作方便，用于给变频器及其他设备提供电源。

(6)辅控系统。指各路控制电源、控制回路的接口以及辅机系统的控制等部分。

(7)监控系统。指对电控系统关键部件，包括提升信号系统工作情况、提升机运行过程中关键参数、参量的曲线、以及司机操作的正确性进行监控和显示，并进行必要的记录，以备需要查阅之需的系统。

1.2 绞车创新与改进

基于水电站斜竖井施工对绞车提升设备的要求，在原有JTP型绞车的基础上进行以下创新：

(1)绞车卷筒采用特制高强(16Mn)板材卷制焊接而成，强度高，变位质量小，启动和制动性能得到显著的提高。

(2)制动盘和卷筒采用高强度螺栓连接，通过大平面摩擦幅传递制动力矩，制动盘与卷筒有配套止口作径向定位。

(3)高速轴采用弹性柱销齿式联轴器，同时在电机和减速器之间设置了电机制动器，有效地改变了提升绞车启动和制动瞬间因电机惯性而形成的对减速器的冲击。

(4)提升绞车采用双盘制动和后置式盘式制动器，制动力矩大，制动动作速度快，制动时间不大于0.3 s；设有闸间隙保护，当闸间隙超过规定值时能报警并完成本次提升后不能开机；后置式结构有效地改变了盘式制动器渗漏油时对制动盘的污染，从而保证了提升绞车制动时的平稳性和安全可靠性。

(5)采用获国家专利的恒力矩电气二级制动液压站，安全制动时能有效减小冲击，保护主机和钢丝绳；同时采用2条独立的液压回路，液压系统维修、工作两不误(可以做到1套工作、1套修理)。

(6)卷筒与绞车电机采用90°布置，减少了整机的宽度，节省空间，适用水电行业斜竖井施工的特点。普通绞车与新型绞车布置见图2[2]。

图2 绞车布置示意

(7) 安全保护及联锁功能齐全。深蓄电站斜井JTP改进型提升系统增加了安全保护装置和联锁功能。安全保护系统闭锁了提升机的运行条件，只有当外部设备运行正常，具备开车条件后，才允许提升机运转；安全回路闭锁了提升机的全部重故障保护信号，故障一旦发生，提升机立即进行紧急制动；对于提升系统出现的轻故障，允许完成本次提升，待排除故障后，提升机方可继续运行[3]。

通过触摸屏与PLC之间的通讯实现监控目的。上位监控具备提升信号种类显示、参数设定、提升机运行过程及事故过程显示及记录，以及数据存储及查询等功能，为提升机故障原因及动态过程分析提供依据，具有多种静态和动态画面，显示直观明了，无需通过电脑编程，现场工况需设置的参数在触摸屏上直接调出，设置、操作简单，调试、检修方便，不需改动线路或复杂的参数修改，且闭锁严谨。

2 动滑轮装置

动滑轮装置结构可通过滑轮的转动自动调节钢丝绳的长度，使其钢丝绳受力均匀。主要结构有动滑轮、滑轮支承系统。滑轮装置结构见图3。

图3 滑轮装置结构

使用滑轮系统时，绞车使用1根完整的钢丝绳，在双卷筒的一端固定并引出，通过小车滑轮或吊笼滑轮后返回与卷筒的另一端固定。在安装过程中，必须注意钢丝绳在卷筒的位置一致，才能保证卷筒在收放时绳的长度一致，减少滑轮的转动，减少滑轮及钢丝绳的磨损，保证小车及吊笼的运行平稳，减少钢丝绳及滑轮的磨损。在斜竖井施工中，由于采用了动滑轮，缩短了卷筒与钢丝绳之间的距离，吊笼的旋转运行更加平稳。

3 自动平衡装置

自动平衡装置有2个及以上自动平衡悬挂装置配合使用，起到动态调节钢丝绳的长度，能达到自动平衡的作用。张力自动平衡悬挂装置由楔形绳环、液压平衡系统、承力结构部件3部分组成。多个平衡装置通过连接组件软管、阀门、通管形成了一个完整的张力自动平衡悬挂装置。张力自动平衡装置及油管连接方式布置见图4[4]。

悬挂装置与施工小车的布置见图5。其工作原理为：闭环采用液压方式连接，无论处于运动或静止，只要各钢丝绳存在张力差，张力所在钢丝绳将通过中板、垫块、侧板及压板压缩连通油缸，使连通油缸活塞杆压缩，悬挂伸长，钢丝绳的张力变小，油缸内的油液通过连通管进入张力小的连通油缸，使其活塞杆无法伸长，通过垫块、中板、压板及侧板使悬挂缩短，钢丝绳张力变大，直到每根钢丝绳的张力均相等，连通油缸运动才相应停止，从而保证绞车系统所牵引施工小车平稳运行。

图4 张力自动平衡装置及油管连接方式布置

图5 小车底架与自动平衡装置安装

4 结 语

通过在深蓄电站斜井施工中改进后，矿用绞车提升系统可用于水电站斜竖井施工。该JTP改进型提升系统提高了提升机运行的安全可靠性和控制技术水平，降低了设备故障率，提高了生产效率，减轻了操作人员的劳动强度，实现了提升机的全自动、半自动或手动的联动运行及远程遥控等工作方式，系统动静态性能好，具有良好的闭环性能，保障了水电站斜竖井施工中人员及设备的安全，在水利水电工程斜竖井施工中可参考应用。