陳 均

（甘肅省隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅成縣742500）

水文纜道設(shè)計(jì)中平衡錘選取的利弊分析

陳 均

（甘肅省隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅成縣742500）

水文纜道是開(kāi)展水文測(cè)驗(yàn)最重要的測(cè)驗(yàn)設(shè)施，是水文站進(jìn)行流量和輸沙率測(cè)驗(yàn)的基本裝備。在水文纜道設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中，平衡錘的配重是否合理，又是架設(shè)水文纜道的關(guān)鍵。本文就水文纜道設(shè)計(jì)中使用平衡錘的利與弊、選取平衡錘的要點(diǎn)進(jìn)行分析，以期使架設(shè)的水文纜道更加合理、安全、可靠，為更好地開(kāi)展水文測(cè)驗(yàn)工作提供優(yōu)良的設(shè)備支持。

平衡錘；水文纜道；利弊分析

1 水文纜道的發(fā)展

水文纜道是水文測(cè)站進(jìn)行流量、泥沙測(cè)驗(yàn)作業(yè)最常用的一種測(cè)驗(yàn)設(shè)施，它不但能夠節(jié)省人力、保障安全，而且具有提高測(cè)洪能力和保證測(cè)驗(yàn)精度等許多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已成為各水文測(cè)站收集水文資料的一種最基本的測(cè)驗(yàn)技術(shù)裝備。據(jù)調(diào)查，目前全國(guó)3100余處水文測(cè)站中，有60～70%的站采用水文纜道進(jìn)行河道流量、泥沙測(cè)驗(yàn)，因此，水文纜道在中小河流過(guò)河設(shè)備中占主導(dǎo)地位。

水文纜道測(cè)流法是我國(guó)在五十年代初獨(dú)創(chuàng)的一種測(cè)驗(yàn)方法，它經(jīng)歷了從人工操作、機(jī)動(dòng)到自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程。時(shí)至今日，已走過(guò)了五六十年的發(fā)展歷程。特別是近二十年水文纜道自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的研制發(fā)展和推廣使用，使水文纜道得到了更大的發(fā)展，測(cè)驗(yàn)效果顯著。

2 平衡錘在水文纜道中的作用

平衡錘在水文纜道中使用十分普遍，它可以降低鉛魚(yú)的勢(shì)能、減輕絞車(chē)驅(qū)動(dòng)負(fù)荷，它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、便于維護(hù)等很多優(yōu)點(diǎn)。它的裝配合理與否直接關(guān)系到水文纜道的測(cè)洪能力、測(cè)驗(yàn)精度以及水文纜道在使用過(guò)程中的安全。

2.1 平衡錘的形式

水文纜道按照懸吊鉛魚(yú)方式的不同一般分為開(kāi)口式水文纜道和閉口式水文纜道，但無(wú)論對(duì)哪種水文纜道布設(shè)形式而言平衡錘的安裝方式有著共同性，其作用都是為了減輕絞車(chē)驅(qū)動(dòng)負(fù)荷。平衡錘的安裝形式一般分為固定式和可拆裝式兩種。固定式平衡錘就是平衡錘的重量是固定不變的，無(wú)論安裝位置和游輪的游走形式它都是依據(jù)鉛魚(yú)大小、斷面流速來(lái)計(jì)算確定的；而可拆裝式平衡錘的重量則可以通過(guò)改變配重塊的多少來(lái)調(diào)節(jié)。

2.2 平衡錘工作原理

水文纜道中平衡錘一般安裝在水文纜道循環(huán)系統(tǒng)動(dòng)滑輪和起重系統(tǒng)（或者起重動(dòng)滑輪）之間，如圖1所示。從圖中可以看出，循環(huán)系統(tǒng)中的動(dòng)滑輪為單游輪方式，要在起重部分用很小的拉力就能驅(qū)動(dòng)鉛魚(yú)完成動(dòng)作，就必須使鉛魚(yú)和平衡錘之間的重量基本達(dá)到平衡狀態(tài)，即平衡錘的配重重量為鉛魚(yú)重量的2倍（暫時(shí)忽略動(dòng)滑輪和鋼絲繩的重量以及摩擦力的影響），水文纜道中平衡錘的使用原理基本上都是這種形式。

圖1 開(kāi)口式水文纜道示意圖

3 平衡錘在水文纜道測(cè)驗(yàn)中的利與弊

在水文纜道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，平衡錘的存在與否也一直有著不同的觀(guān)點(diǎn)，常常成為水文纜道設(shè)計(jì)部門(mén)討論的焦點(diǎn)。平衡錘在水文纜道使用中既有利也有弊，它可以減輕絞車(chē)驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷、降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，但弊端是改變了原有水文纜道各受力點(diǎn)的受力狀態(tài)，使懸吊的鉛魚(yú)入水時(shí)重力發(fā)生了變化，因此改變了水文纜道原有的工作狀態(tài)，相應(yīng)地水文纜道的測(cè)洪能力、水文絞車(chē)的驅(qū)動(dòng)能力也都發(fā)生了變化。

3.1 對(duì)絞車(chē)驅(qū)動(dòng)部分的作用

水文絞車(chē)都有固定的驅(qū)動(dòng)功率，它的選用一般是根據(jù)水文纜道的跨度、懸吊鉛魚(yú)的重量、斷面最大流速等因素來(lái)確定。由于平衡錘的介入改變了水文絞車(chē)升降驅(qū)動(dòng)部分的受力狀態(tài)，只需在絞車(chē)起重部分施加很小的驅(qū)動(dòng)力就可使鉛魚(yú)動(dòng)作，這樣大大降低了絞車(chē)的牽引力，在使用手搖絞車(chē)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)工作的水文站有明顯的優(yōu)勢(shì)，不但大大降低了測(cè)站的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，而且絞車(chē)等測(cè)驗(yàn)設(shè)施的使用壽命也相應(yīng)地提高了。

3.2 對(duì)鉛魚(yú)測(cè)洪能力的影響

水文纜道中設(shè)計(jì)平衡錘系統(tǒng)，其目的是減輕鉛魚(yú)起重時(shí)的拉力，特別是使用手搖絞車(chē)測(cè)驗(yàn)或者經(jīng)常停電、電動(dòng)纜道無(wú)法運(yùn)行的水文站，用人工搖動(dòng)纜道時(shí)省力效果就更加明顯。隨著各水文站電動(dòng)纜道的普遍使用和水文測(cè)驗(yàn)方法的不斷發(fā)展，運(yùn)用平衡錘的不足之處也日益突出。在平衡錘安裝與鉛魚(yú)重量完全平衡時(shí)（即圖1中平衡錘的重量為鉛魚(yú)的2倍時(shí)），只要在鉛魚(yú)上附加很小的力，鉛魚(yú)與平衡錘的平衡狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)在每次鉛魚(yú)入水時(shí)，水的浮力和水的流速都會(huì)改變鉛魚(yú)的重力，引起纜道平衡的重新調(diào)整，這不但破壞了鉛魚(yú)的平穩(wěn)行進(jìn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙剿睦|道的使用安全。如果是選用固定重量的平衡錘，在不同流速的情況下會(huì)造成鉛魚(yú)定位不準(zhǔn)確，在一定高流速條件下，會(huì)造成鉛魚(yú)入水困難，這就降低了水文纜道的測(cè)洪能力和測(cè)驗(yàn)精度。如果是選用可拆卸式的平衡錘，雖然可以通過(guò)加減配重塊來(lái)調(diào)節(jié)平衡錘的重量，減小水的沖力對(duì)鉛魚(yú)的影響，保證鉛魚(yú)入水穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確，但由于一般山溪性河流洪水漲落頻繁、洪水歷時(shí)較短，加之配重塊的重量一般又較大，頻繁地進(jìn)行裝換，不但增加了測(cè)站工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，操作起來(lái)也十分不便。

3.3 對(duì)其他測(cè)驗(yàn)設(shè)施的影響

水文纜道中各定滑輪基本都安裝在鋼支架或者支柱上，由于平衡錘的加入，各定滑輪和滑輪組受力情況也會(huì)隨之發(fā)生變化，無(wú)形中會(huì)加大鋼支架及各繩索的負(fù)荷。如果水文纜道建設(shè)完成后再考慮加裝平衡錘，就會(huì)對(duì)水文纜道的運(yùn)行安全造成一定的隱患。

4 水文纜道設(shè)計(jì)中選用平衡錘的注意要點(diǎn)

在不同的水文測(cè)站我們考慮使用不同的設(shè)計(jì)方案。

（1）在纜道跨度較大、水面流速較大、水位變幅較大的山溪性河流的水文測(cè)站，只需全面考慮水文纜道的跨度、懸吊鉛魚(yú)的重量、斷面最大流速等相關(guān)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案計(jì)算確定水文絞車(chē)的驅(qū)動(dòng)功率，完全可以考慮在建設(shè)水文纜道時(shí)不安裝平衡錘裝置，根據(jù)計(jì)算適當(dāng)增加絞車(chē)的驅(qū)動(dòng)功率，能保證絞車(chē)有充足動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鉛魚(yú)即可。這樣既能滿(mǎn)足纜道測(cè)驗(yàn)的要求，也可使鉛魚(yú)的定位更準(zhǔn)確、水位流速的大小對(duì)鉛魚(yú)的入水影響也較小。

（2）在纜道跨度、水面流速、水位變幅都較小的水文測(cè)站，或者是使用手搖纜道進(jìn)行測(cè)驗(yàn)的水文測(cè)站，在兼顧鉛魚(yú)起重力和高流速測(cè)流的前提下，加裝平衡錘應(yīng)雙邊照顧，適量加重平衡錘即可。這樣可以使鉛魚(yú)入水時(shí)受到水的沖力、浮力較小，鉛魚(yú)定位更加準(zhǔn)確而穩(wěn)定，入水狀態(tài)更佳，測(cè)洪能力和測(cè)驗(yàn)精度也相應(yīng)提高。

（3）使用手搖絞車(chē)的測(cè)站，可安裝齒輪變比合理的手搖絞車(chē)或是增設(shè)變速箱，以達(dá)到省力的目的。若是安裝變速箱不便或者增加有困難時(shí)，也可選擇在纜道升降系統(tǒng)一側(cè)適當(dāng)?shù)奈恢眉友b動(dòng)滑輪或者動(dòng)滑輪組以減輕驅(qū)動(dòng)負(fù)荷，這樣也能達(dá)到相同的效果。

（4）在纜道設(shè)計(jì)之初就要考慮的平衡錘的配重問(wèn)題，提前計(jì)劃好平衡錘安裝位置及安裝方案，不能在纜道建設(shè)完成使用當(dāng)中再加裝平衡錘裝置，以免增加鋼支架及主索、循環(huán)索、導(dǎo)向滑輪的負(fù)荷，造成安全隱患。

綜上所述，我們?cè)谒睦|道設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)充分考慮這些因素，合理選用平衡錘，促進(jìn)水文纜道設(shè)計(jì)更規(guī)范、經(jīng)濟(jì)、安全，從而提高水文纜道的測(cè)洪能力，為收集準(zhǔn)確、可靠的水文基本信息提供優(yōu)良的設(shè)備支撐。

［1］SL443-2009.水文纜道測(cè)驗(yàn)規(guī)范［S］.

［2］SL/T 151-95.水文絞車(chē)［S］.

P 335.2

：B

：1672-2469（2015）09-0040-02

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.013

陳 均（1975年—），男，工程師。