抗傾覆水力式升船機用主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)及其設(shè)置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種抗傾覆水力式升船機用主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)及該系統(tǒng)的設(shè) 置方法，屬于通航建筑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水力式升船機是一種新型升船機，其是在容納承船廂的船閘室兩側(cè)分別設(shè)置多個 與船閘室分隔且相互間連通的可充、放水的豎井，每個豎井中設(shè)置浮筒，多個平衡重一一即 浮筒，每一個浮筒通過對應(yīng)的鋼繩、卷筒、滑輪與承船廂多個部位相連（即在承船廂上形成 多個吊點），當(dāng)向豎井內(nèi)充水時浮筒上升、承船廂下降，反之承船廂上升，從而完成水力驅(qū)動 式升船或降船。水力式升船機承船廂每個吊點都有水力驅(qū)動，所有吊點的水力驅(qū)動源均通 過一個閥門控制，不會出現(xiàn)某個吊點水力驅(qū)動失效的情況，即使個別水力驅(qū)動源失效，由于 整個水力提升系統(tǒng)驅(qū)動源較多，需要機械同步軸克服的不平衡荷載也不是很大，因此，可以 在各卷筒之間通過同步軸進行連接，這樣可大大簡化了主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)的設(shè)計。
[0003] 水力式升船機同步軸直接與卷筒連接，其同步軸扭轉(zhuǎn)變形和同步軸之間的間隙通 過卷筒直接傳遞到承船廂，同步軸之間的間隙或扭轉(zhuǎn)變形大小直接影響承船廂的傾斜量大 小;承船廂受到的傾斜力矩和不平衡荷載直接通過卷筒傳遞到同步軸，相同承船廂傾斜荷 載作用下，水力式升船機同步軸的扭矩比電機驅(qū)動的傳統(tǒng)升船機大。因此，水力驅(qū)動的升船 機對同步軸剛度、強度和間隙等方面的要求比電機驅(qū)動的傳統(tǒng)升船機具有較高的要求。 [0004]由于水力式升船機的機械升降系統(tǒng)與傳統(tǒng)升船機差異較大，且其對提高水力式升 船機承船廂整體抗傾覆能力的影響十分重大，其安全可靠直接關(guān)系升船機的運行安全，所 以升船機主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)及設(shè)置方法，特別是具有抗傾覆能力的升船機承船廂主 動抗傾覆機械同步系統(tǒng)及設(shè)置方法尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明通過對水力式升船機主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)受力特點的深入研究，結(jié)合 水力式升船機基本原理，針對水力式升船機承船廂帶水傾斜問題，提出了一種具有抗傾覆 能力的水力式升船機用主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)以及該主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)的設(shè)置 方法。以解決水力式升船機承船廂帶水傾斜，不能正常升降運行的問題。
[0006] 本發(fā)明通過下列技術(shù)方案完成:一種抗傾覆水力式升船機用主動抗傾覆機械同步 系統(tǒng)，包括與承船廂兩側(cè)的多個部位相連的多根鋼繩，多根鋼繩的另一端分別繞過對應(yīng)的 設(shè)置在頂部的卷筒以及設(shè)置在豎井中浮筒上的滑輪固定在豎井的頂部，多個卷筒之間通過 同步軸及聯(lián)軸器相連。
[0007] 所述多個卷筒及聯(lián)軸器和同步軸與承船廂兩側(cè)的鋼繩相對應(yīng)地設(shè)置成兩排，兩排 之間通過傘齒對及聯(lián)軸器連接有橫向同步軸，構(gòu)成矩形框連接，且每一卷筒上均設(shè)有常規(guī) 制動器，以便在承船廂受到不平衡荷載作用下出現(xiàn)傾斜時，能通過主動抗傾覆機械同步系 統(tǒng)中的同步軸的微量變形產(chǎn)生主動抗傾覆力矩，以控制承船廂傾斜量、降低同步軸扭矩，并 在船廂傾斜量或同步傳動扭矩達到設(shè)計值時，通過制動器鎖定對應(yīng)卷筒，保障升船機整體 安全。
[0008] 所述抗傾覆水力式升船機包括設(shè)置在船閘室中的承船廂，與承船廂相連的穩(wěn)定均 衡水力驅(qū)動系統(tǒng)、主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)和自反饋穩(wěn)定系統(tǒng)，其中：
[0009] 所述穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)包括豎井、設(shè)置在豎井中的浮筒、帶輸水閥的輸水主 管，下端與輸水主管相連的多根分支水管，多根分支水管由下部的直管、中部的轉(zhuǎn)角管和/ 或分叉管以及上部的直管構(gòu)成，且上部的直管出水端置于對應(yīng)的豎井底部，并在直管出水 端設(shè)置有消能工，各個豎井之間通過水位平衡廊道相連;且在分支水管轉(zhuǎn)角處設(shè)有第一阻 力均衡件，在分叉管處設(shè)有第二阻力均衡件，在輸水主管輸水閥閥前設(shè)有環(huán)向強迫通氣機 構(gòu)、閥后設(shè)有穩(wěn)壓減振箱;所述浮筒底部設(shè)為120°的錐體，且豎井與浮筒之間的間隙比保持 在0 · 095~0 · 061之間，以提高穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的水動力特性變化及水動力輸出的穩(wěn) 定性；
[0010] 所述自反饋穩(wěn)定系統(tǒng)包括對稱設(shè)置在船閘室側(cè)壁上的導(dǎo)軌，對稱設(shè)置在承船廂兩 側(cè)對應(yīng)上、下部的，與船閘室側(cè)壁上的導(dǎo)軌相配接的多個導(dǎo)輪，每一個導(dǎo)輪均通過支撐機構(gòu) 固定在承船廂上；
[0011]所述自反饋穩(wěn)定系統(tǒng)的每一個導(dǎo)輪通過支撐機構(gòu)固定在承船廂上，所述支撐機構(gòu) 包括與承船廂相連的底座，鉸接在底座上的支架，固定在支架與底座之間的柔性件，設(shè)置在 柔性件外側(cè)的限位擋件，設(shè)置在支架上并沿導(dǎo)軌滾動的導(dǎo)輪；
[0012] 通過上述主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)、穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)、承船廂自反饋穩(wěn)定 系統(tǒng)聯(lián)合共同作用，解決水力式升船機承船廂載水傾斜，無法正常升降運行的問題，提高了 水力式升船機的總體抗傾覆能力，保障水力式升船機安全、穩(wěn)定、可靠運行。
[0013] 所述自反饋穩(wěn)定系統(tǒng)中的支撐機構(gòu)的支架為兩塊相對設(shè)置的三角板，該三角板的 直角處通過鉸軸固定在底座內(nèi)側(cè)的凸塊上，水平外端與底座之間設(shè)置柔性件，具體為彈簧， 直角上端通過輪軸將導(dǎo)輪固定在兩塊三角板之間，以便導(dǎo)輪沿導(dǎo)軌滾動的過程中，遇到不 平整的導(dǎo)軌時，通過柔性件使支架繞鉸軸擺動而緩解導(dǎo)軌不平整帶來的顛簸，同時通過導(dǎo) 軌與導(dǎo)輪的配接，自動提供抗傾覆扭矩，以對承船廂進行主動糾偏，防止承船廂傾斜。
[0014] 所述自反饋穩(wěn)定系統(tǒng)的導(dǎo)軌沿船閘室兩側(cè)內(nèi)壁分別設(shè)置二根，共四根，每一根導(dǎo) 軌的左右兩側(cè)壁與承船廂上部的兩個支撐機構(gòu)、下部的兩個支撐機構(gòu)，共四個支撐機構(gòu)相 配接，當(dāng)承船廂受到不平衡荷載而導(dǎo)致承船廂出現(xiàn)傾斜后，通過導(dǎo)軌與導(dǎo)輪的配接，自動提 供抗傾覆扭矩，以對承船廂進行主動糾偏，防止承船廂傾斜，并對產(chǎn)生的傾斜進行限位，防 止承船廂傾斜量繼續(xù)增大，使水力式升船機穩(wěn)定安全可靠運行。
[0015] 所述自反饋穩(wěn)定系統(tǒng)的導(dǎo)軌的左右兩側(cè)壁上對應(yīng)地設(shè)置水平板或直角板，該水平 板或直角板的側(cè)板與承船廂上部的兩個支撐機構(gòu)、下部的兩個支撐機構(gòu)，共四個支撐機構(gòu) 相配接，以提高導(dǎo)軌的平整度。
[0016] 所述穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的：
[0017] 消能工包括間隔地在豎井底部并沿直管出水端端口周邊設(shè)置的立桿，設(shè)置在立桿 上端的水平檔板，以便向上沖的水在水平擋板作用下只能向下再經(jīng)立桿之間的空隙進入豎 井中，從而降低出水水流速度，消除水能量，減緩水流沖擊力，改善浮筒底部水流條件，避免 水流直接沖擊浮筒底部而引起浮筒晃動；
[0018] 第一阻力均衡件為直角彎管，且在直角彎管直角處下方設(shè)置向下延伸且封閉的管 頭，以保證在狹窄垂直空間內(nèi)各分支水管的流量相等，最大程度地保證各分支水管進入豎 井流量一致，滿足等阻力設(shè)置要求；
[0019] 第二阻力均衡件為上大下小的實心或空心圓錐體，該圓錐體的上端固定在分叉管 的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管的豎直管中，以保證在狹窄垂直空間內(nèi)各分支水管 的流量相等，最大程度地保證各分支水管進入豎井流量一致，滿足等阻力設(shè)置要求；
[0020] 環(huán)向強迫通氣機構(gòu)包括：固定在輸水主管外部的通氣環(huán)管，通氣環(huán)管的內(nèi)側(cè)壁上 設(shè)有第一通孔，第一通孔與設(shè)置在輸水主管壁上的第二通孔連通，通氣環(huán)管的外側(cè)壁上設(shè) 有第三通孔，第三通孔與供氣管相連，供氣管與氣源相連，以便將壓力空氣經(jīng)供氣管送入通 氣環(huán)管中，再經(jīng)第一、第二通孔送入輸水主管中，即向水中參氣，以解決穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動 系統(tǒng)因高水頭非恒定作用下的輸水閥門空化及振動問題，減小壓力脈動，使閥門相對空化 數(shù)由1.0降低到0.5,使閥門的大開度開啟時間提前，輸水效率提高60%以上;所述通氣環(huán)管 上的第一通孔、第三通孔間隔設(shè)置多個，且每一個第三通孔均通過對應(yīng)的供氣分管與供氣 總管相連，供氣總管與氣源相連，以通過供氣分管分多路、多點向通氣環(huán)管、輸水主管均勻 供氣；
[0021 ]穩(wěn)壓減振箱包括帶空腔的箱體，箱體一側(cè)設(shè)有入水口、另一側(cè)設(shè)有出水口；入水口 設(shè)三個，分別通過對應(yīng)的輸水閥與輸水主管相連，其中位于中間的輸水閥為主閥，兩側(cè)的輸 水閥為輔閥，且一個主閥和兩個輔閥的閥前輸水主管上均設(shè)置有環(huán)向強迫通氣機構(gòu)，以便 通過輸水流量較小且抗空化能力較優(yōu)的輔閥控制承船廂低速運行(對接時），又通過輸水流 量較大的主閥提高承船廂正常升降階段的運行速度，消除水力穩(wěn)定均衡系統(tǒng)產(chǎn)生的非恒定 流對承船廂運行速度穩(wěn)定性帶來的影響。
[0022] 本發(fā)明提供的主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)按下列方法進行設(shè)計：
[0023] 主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)同時具備承船廂抗傾覆和傳遞均衡承船廂不均勻荷載 雙重功能，該系統(tǒng)通過同步軸的微量變形對承船廂主動產(chǎn)生抗傾覆力矩，并在承船廂傾斜 量或同步系統(tǒng)扭矩達到設(shè)計值時，通過設(shè)置在卷筒上的安全裝置鎖定卷筒，保障升船機整 體安全;所述安全裝置為制動器；
[0024] 設(shè)主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)中的兩排卷筒及聯(lián)軸器和同步軸，以及傘齒對、聯(lián)軸 器和橫向同步軸完全對稱、承船廂充分調(diào)