本發(fā)明涉及一種測(cè)量方法，具體是一種升船機(jī)同步軸間隙測(cè)量方法，屬于工程測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

升船機(jī)是一種技術(shù)較成熟且具有一定優(yōu)勢(shì)的通航建筑物，具有適應(yīng)水頭高、過壩速度快、耗水量小等突出特點(diǎn)，在我國(guó)高壩通航中得到了廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展。升船機(jī)有多種形式，當(dāng)前工程常采用的類型有鋼絲繩卷?yè)P(yáng)垂直提升式、齒輪齒條爬升式、水力式等，相應(yīng)具有代表性的工程如：烏江構(gòu)皮灘鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式升船機(jī)，單級(jí)最大提升高度127m；三峽長(zhǎng)螺母柱短螺桿齒輪齒條爬升式升船機(jī)，最大提升高度113m；景洪水力式升船機(jī)，最大提升高度約67m。無(wú)論哪種形式的升船機(jī)，盡管驅(qū)動(dòng)形式不同，但都是通過船廂作為船舶的載體，上下運(yùn)行載船過壩。

對(duì)于鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式和水力式兩類升船機(jī)，在船廂兩側(cè)的塔柱頂部會(huì)設(shè)置兩排卷筒，鋼絲繩纏繞其上，一端與船廂相連，另一端與平衡重相連，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)船廂升降運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)船舶過壩。船廂兩側(cè)布置多組鋼絲繩，與之對(duì)應(yīng)有多個(gè)卷筒對(duì)稱布置于頂部，如常見的每側(cè)8個(gè)卷筒，共16個(gè)卷筒，多個(gè)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同步性非常重要，若存在偏差會(huì)引起局部鋼絲繩受力偏大或偏小，甚至引起船廂傾斜，因此，為了確保多個(gè)卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)的同步性，在各卷筒之間設(shè)置同步軸，使各卷筒同步運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證船廂平穩(wěn)運(yùn)行。

相鄰兩卷筒與中間的同步軸通過聯(lián)軸器連接，常見的如鼓形齒聯(lián)軸器，受加工、安裝等綜合誤差影響，同步軸與卷筒之間會(huì)或多或少存在一定間隙，間隙過大會(huì)導(dǎo)致同步軸同步性變差，同時(shí)易引起船廂發(fā)生大的傾斜，因?yàn)?，在船廂發(fā)生傾斜的時(shí)候，船廂內(nèi)水體產(chǎn)生傾斜力矩，傾斜力矩需要由同步軸承擔(dān)，若同步軸存在較大間隙，則需要先克服間隙，然后才能發(fā)揮抗傾作用，但在消除間隙的過程中，船廂傾斜加劇，傾斜力矩進(jìn)一步增大會(huì)導(dǎo)致船廂瞬間快速傾斜而失穩(wěn)，因此，同步軸間隙對(duì)其工作特性影響很大，升船機(jī)調(diào)試過程中有必要掌握同步系統(tǒng)間隙的大小及分布。然而，每根同步軸與卷筒間的間隙受加工、安裝等綜合誤差影響大小不一，到目前尚沒有可行的方法進(jìn)行測(cè)量，在實(shí)際工程中，往往僅知道同步系統(tǒng)存在間隙，但無(wú)法獲得間隙的大小和分布，以至于對(duì)工程運(yùn)行安全缺乏重要的判斷依據(jù)，如景洪升船機(jī)，因同步軸間隙導(dǎo)致船廂傾斜失穩(wěn)，無(wú)法正常運(yùn)行。因此，目前迫切需要提出一種升船機(jī)同步軸間隙測(cè)量方法，能夠準(zhǔn)確獲得同步系統(tǒng)間隙的大小和分布，為升船機(jī)安全運(yùn)行、管理提供科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明即針對(duì)升船機(jī)同步軸間隙測(cè)量的不足，提出一種升船機(jī)同步軸間隙測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)同步軸間隙的精確測(cè)量。

本發(fā)明達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是：一種升船機(jī)同步軸間隙測(cè)量方法，通過以下步驟得到同步軸間隙：

(1)在升船機(jī)所有同步軸上布置扭矩儀，實(shí)時(shí)測(cè)量各同步軸的扭矩；

(2)在升船機(jī)所有卷筒外徑邊緣布置獨(dú)立固定的指針，通過標(biāo)示測(cè)量卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)距離；

(3)通過船廂調(diào)平系統(tǒng)使船廂一端上升或下降，人為產(chǎn)生縱向傾斜，船廂內(nèi)水體產(chǎn)生縱向傾斜力矩，同步軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生抗傾作用，當(dāng)船廂縱向傾斜至每側(cè)同步軸均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，此時(shí)，同步軸往一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙已全部被克服，記錄所有同步軸扭矩，在各卷筒外徑邊緣指針?biāo)傅奈恢米鰳?biāo)記；

(4)再利用船廂調(diào)平系統(tǒng)使船廂縱向反向傾斜，船廂產(chǎn)生與之前相反的傾斜力矩，同步軸發(fā)生反向扭轉(zhuǎn)以抵抗船廂傾斜，當(dāng)船廂縱向傾斜至每側(cè)同步軸均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，此時(shí)，同步軸往另一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙已全部被克服，記錄所有同步軸扭矩，在各卷筒外徑邊緣指針?biāo)傅奈恢米鰳?biāo)記；

(5)用刻度尺測(cè)量各卷筒外徑邊緣上兩個(gè)標(biāo)記之間的弧長(zhǎng)，即為船廂兩次傾斜各卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，將每相鄰的兩個(gè)卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)距離相減，即為每相鄰卷筒的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離；

(6)將各同步軸兩次記錄的扭矩值相減，即獲得船廂兩次傾斜各同步軸扭矩的變化值，利用同步軸材料參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算獲得每根同步軸的扭轉(zhuǎn)角度，然后根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度計(jì)算相應(yīng)的其兩側(cè)卷筒的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離；

(7)直接測(cè)量的卷筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離中包含了同步軸的間隙和扭轉(zhuǎn)，而同步軸扭矩?fù)Q算得到的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離僅為同步軸的扭轉(zhuǎn)，二者絕對(duì)值之差即得到了同步軸的間隙值。

一種升船機(jī)同步軸間隙測(cè)量方法，測(cè)量同步軸間隙過程具體計(jì)算公式如下：

(1)卷筒數(shù)量為n，按順序?qū)⒕硗簿幪?hào)為1～n，每?jī)蓚€(gè)相鄰卷筒i、j間的同步軸編號(hào)為i-j，該同步軸的長(zhǎng)度為L(zhǎng)_i-j，該同步軸的極慣性矩為I_i-j，同步軸的剪切模量為G，卷筒的半徑為R；

(2)船廂首次向一端縱向傾斜，至每側(cè)同步軸均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，記錄各同步軸扭矩為T_i-j，船廂反向另一端縱向傾斜，至每側(cè)同步軸均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，記錄各同步軸扭矩為T_i-j’，測(cè)量各卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，相鄰兩卷筒i、j轉(zhuǎn)動(dòng)距離分別為A_i、A_j，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離為A_i-A_j，船廂兩次傾斜扭矩的變化值為T_i-j’-T_i-j，則同步軸i-j的扭轉(zhuǎn)角度為(T_i-j’-T_i-j)L_i-j/(GI_i-j)，則根據(jù)扭矩變化計(jì)算得到相鄰卷筒i、j的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離為sin((T_i-j’-T_i-j)L_i-j/(GI_i-j))R；

(3)同步軸i-j的間隙值為直接測(cè)量的卷筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離與扭矩變化計(jì)算的卷筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離絕對(duì)值之差：|A_i-A_j|-|sin((T_i-j’-T_i-j)L_i-j/(GI_i-j))R|。

所述獨(dú)立固定的指針不隨卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，指針針尖盡量靠近卷筒外徑邊緣但不接觸。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)解決了升船機(jī)同步軸間隙大小、分布測(cè)量難題；

(2)測(cè)量可靠且精度高，扭矩儀及指針標(biāo)示能夠保證準(zhǔn)確獲得同步軸間隙；

(3)操作簡(jiǎn)單，只需要船廂調(diào)平系統(tǒng)將船廂兩次傾斜，即可得到所有同步軸的間隙值。

附圖說明

附圖1為升船機(jī)卷筒、同步軸布置示意圖；

附圖2為船廂傾斜時(shí)相鄰卷筒、同步軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出實(shí)施例并對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。

實(shí)施例一

景洪水力式升船機(jī)，升船機(jī)最大提升高度約67m，船廂兩側(cè)塔柱頂部對(duì)稱布置兩排卷筒，每排8個(gè)，共16個(gè)卷筒，每排相鄰卷筒之間布置一根同步軸，每排7根，共14根。

附圖1為升船機(jī)卷筒、同步軸布置示意圖，附圖2船廂傾斜時(shí)相鄰卷筒、同步軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖，圖中1為船廂，2為卷筒，3為同步軸，4為鋼絲繩，5為扭矩儀，6為指針，7為水體。

同步軸3間隙測(cè)量步驟如下：

(1)在升船機(jī)所有同步軸3上布置扭矩儀5，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量各同步軸3的扭矩；

(2)在升船機(jī)所有卷筒2外徑邊緣布置獨(dú)立固定的指針6，能夠通過標(biāo)示測(cè)量卷筒2的轉(zhuǎn)動(dòng)距離；

(3)通過船廂1調(diào)平系統(tǒng)使船廂1一端上升或下降，人為產(chǎn)生縱向傾斜，船廂1內(nèi)水體7產(chǎn)生縱向傾斜力矩，同步軸3發(fā)生扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生抗傾作用，當(dāng)船廂1縱向傾斜至每側(cè)同步軸3均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，此時(shí)，同步軸3往一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙已全部被克服，記錄所有同步軸3的扭矩，在各卷筒2外徑邊緣指針6所指的位置做標(biāo)記；

(4)再利用船廂1調(diào)平系統(tǒng)使船廂1縱向反向傾斜，船廂1產(chǎn)生與之前相反的傾斜力矩，同步軸3發(fā)生反向扭轉(zhuǎn)以抵抗船廂1傾斜，當(dāng)船廂1縱向傾斜至兩側(cè)同步軸3均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，此時(shí)，同步軸3往另一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙已全部被克服，記錄所有同步軸3的扭矩，在各卷筒2外徑邊緣指針6所指的位置做標(biāo)記；

(5)用刻度尺測(cè)量各卷筒2外徑邊緣上兩個(gè)標(biāo)記之間的弧長(zhǎng)，即為船廂1兩次傾斜各卷筒2的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，將每相鄰的兩個(gè)卷筒2的轉(zhuǎn)動(dòng)距離相減，即為每相鄰卷筒2的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離；

(6)將各同步軸3兩次記錄的扭矩值相減，即獲得船廂1兩次傾斜各同步軸3扭矩的變化值，利用同步軸3材料參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算獲得每根同步軸3的扭轉(zhuǎn)角度，然后根據(jù)扭轉(zhuǎn)角度計(jì)算相應(yīng)的其兩側(cè)卷筒2的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離；

(7)直接測(cè)量的卷筒2相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離中包含了同步軸3的間隙和扭轉(zhuǎn)，而同步軸3扭矩?fù)Q算得到的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離僅為同步軸3的扭轉(zhuǎn)，二者絕對(duì)值之差即得到了兩個(gè)卷筒2間的間隙值。

測(cè)量同步軸間隙具體計(jì)算過程如下：

(1)卷筒數(shù)量為16，按順序?qū)⒕硗簿幪?hào)為1～16，以1、2兩個(gè)卷筒為例，兩卷筒間的同步軸編號(hào)為1-2，該同步軸的長(zhǎng)度為L(zhǎng)_1-2＝4.5m，同步軸的極慣性矩為I_1-2＝0.001312m⁴，同步軸的剪切模量為G＝8×10¹⁰Pa，卷筒的半徑為R＝2.125m；

(2)船廂首次向下游一端縱向傾斜，至左右兩側(cè)同步軸均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，記錄各同步軸扭矩，其中T_1-2＝-50kNm，船廂反向上游一端縱向傾斜，至左右兩側(cè)同步軸均產(chǎn)生方向一致的扭矩時(shí)停止傾斜，記錄各同步軸扭矩，其中T_1-2’＝60kNm，測(cè)量各卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，其中1、2卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)距離分別為A₁＝26mm、A₂＝6mm，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離為A₁-A₂＝20mm，船廂兩次傾斜扭矩的變化值為T_1-2’-T_1-2＝110kNm，則同步軸1-2的扭轉(zhuǎn)角度為(T_1-2’-T_1-2)L_1-2/(GI_1-2)＝0.2696°，則根據(jù)扭矩變化計(jì)算得到1、2卷筒的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離為sin((T_1-2’-T_1-2)L_1-2/(GI_1-2))R＝10mm；

(3)同步軸1-2的間隙值為直接測(cè)量的卷筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離與扭矩變化計(jì)算的卷筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)距離絕對(duì)值之差：|A₁-A₂|-|sin((T_1-2-T_1-2)L_1-2/(GI_1-2))R|＝10mm，則1-2同步軸的間隙為10mm。

其他同步軸的間隙按上述相同計(jì)算過程均可獲得。

采用本發(fā)明準(zhǔn)確獲得了景洪升船機(jī)同步軸間隙，為升船機(jī)抗傾斜工作特性分析提供了重要科學(xué)依據(jù)。