一种布置高低轮的干湿两运斜面升船机的制作方法

本实用新型涉及到水利工程升船机技术领域，更加具体来说是一种布置高低轮的干湿两运斜面升船机。

背景技术：

水利枢纽采用垂直升船机居多。垂直升船机系统较为复杂，建设成本较高，为大中型升船机所适用。对于中小型规模的升船机，在满足设计通航能力的前提下，采用斜面升船机可合理利用自然地理条件，减少土建工程量，简化机械设备，显著地降低造价。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种布置高低轮的干湿两运斜面升船机。

本实用新型的技术方案通过如下措施来实施的：一种布置高低轮的干湿两运斜面升船机，其特征在于：卷扬机房位于驼峰段的侧翼；所述的卷扬机房与所述的驼峰段之间设置有绳道，在所述的绳道上布置有若干钢丝绳托，钢丝绳棍沿所述的上游斜坡道、驼峰段和下游斜坡道全线布置；在所述的卷扬机房内设置有两套卷扬机,所述的卷扬机在所述的卷扬机房内的地面上前后布置，所述的卷扬机房的顶部设置有机房检修桥机；天轮组位于驼峰段的坝轴线的两侧并互相垂直；地轮组与所述的绳道平行布置，在所述的驼峰段上设置有摩擦驱动装置，每组所述的卷扬机通过电机和减速器驱动卷筒旋转出绳，所述的钢丝绳绕过地轮组和天轮组与承船车的底部连接；所述的内侧轨道沿 上游斜坡道、驼峰段和下游斜坡道全线布置；所述的外侧轨道沿所述的上游斜坡道布置至驼峰段后方的20-30米处；所述的上游斜坡道和所述的下游斜坡道的中心线与所述的驼峰段中心线位于同一竖直平面；在所述的承船车内设置的四组高轮与两组低轮位于承船车构底板的高低两端；四组所述的高轮分别布置在承船车的上游端和下游端；四组所述的高轮通过支腿衍架与承船车连接，两组所述的低轮位于所述的承船车的上游并直接与所述的承船车连接。

在上述技术方案中：所述的内侧轨道的轨距小于所述的外侧轨道的轨距；位于同一竖直平面的外侧轨道与所述的内侧轨道之间的高度差与所述的承船车内的上下游支撑轮与轨面接触点的高度差相同。

在上述技术方案中：对于较大的船舶，开启所述的承船车两端的卧倒门至水平并形成干运条件；对于较小的船舶，通过关闭承船车两端的箱门，形成封闭蓄水空间并形成湿运条件。

在上述技术方案中：所述的钢丝绳的中心线与斜坡道中心线在水平面的投影夹角为45度-60度。

在上述技术方案中：所述的承船车在所述的上游斜坡道、驼峰段的平直段和下游斜坡道由卷扬机和摩擦驱动装置共同驱动。

在上述技术方案中：所述的斜坡道的坡比ρ＝tgα；a为斜坡道与水平面的夹角；α≤1/5；所述的上游斜坡道的坡度比与所述的下游斜坡道的坡度比相同。所述的上游斜坡道、下游斜坡道与所述的驼峰段均采用高低轨运行。

在上述技术方案中：所述的上游斜坡道同一竖直平面内轨道高于 外轨道的距离为：h＝lρ＝ltgα，l为承船车纵向支承跨距。

在上述技术方案中：所述的承船车过驼峰过程中，所述的钢丝绳的改变分为两个阶段，其中第一个阶段为钢丝绳绕过所述的承船车上的两个导向轮，第一阶段的钢丝绳的长度变化满足如下公式： 其中是钢丝绳长度对时间的变化率，即卷扬机的输出线速度；是承船车运行的水平速度；

其中所述的第一阶段、二阶段的分界点发生在第一阶段、二阶段的分界点发生在x＝x_d处，

x_d的值为：

式中:x_O——承船车上钢丝绳导向轮中心距的二分之一；

x_O'——驼峰天轮中心距的二分之一；

R——天轮的名义半径；

r——承船车上钢丝绳导向轮的名义半径；

y_OO'——承船车上钢丝绳导向轮与天轮水平中心线的间距。

在上述技术方案中：第一阶段、二阶段的分界点发生在x＝x_d处，此处弧段长度为零缩为一点，为钢丝绳同时与两个导向轮和一个天轮相切，切线为钢丝绳的中心线。

本实用新型具有如下优点：1、合理利用自然地理条件，减少土建工程量，简化机械设备，显著地降低造价。

2、采用高低轮和高低轨组合的设备布置方式，合理利用了上游斜坡道较短、下游斜坡道较长的特点，节省了下游斜坡道钢轨道工程 量，并最大限度减少承船车重量。

3、利用摩擦驱动机构驱动承船车过驼峰，可避免承船车过驼峰时惯性过坝引起的设备冲击，保证承船车及船舶运行安全及设备安全。

附图说明

图1为本实用新型的纵剖面图。

图2为本实用新型的平面布置图。

图3为本实用新型中下游的旋转剖视图。

图4为本实用新型中承船车在上游入水进出船位置示意图。

图5为本实用新型中承船车在下游斜坡道运行时其上游端剖面图。

图6为本实用新型中承船车在驼峰中部运行时中部剖面图。

图7为本实用新型中的第一阶段钢丝绳长度变化的分析示意图。

图8为本实用新型中的第二阶段钢丝绳长度改变计算简图。

图中：承船车1、高轮1.1、低轮1.2、卷扬机2、钢丝绳3、地轮组4、天轮组5、摩擦驱动装置6、内侧轨道7、外侧轨道8、钢丝绳棍9、钢丝绳托10、机房检修桥机11、上游斜坡道12、下游斜坡道13、驼峰段14、绳道14.15、卷扬机房15。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已，同时通过说明本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1-6所示：一种布置高低轮的干湿两运斜面升船机，其特征在于：卷扬机房15位于驼峰段14的侧翼；所述的卷扬机房15与 所述的驼峰段14之间设置有绳道14.15，在所述的绳道14.15上布置有若干钢丝绳托滚10，钢丝绳托轮9沿所述的上游斜坡道12、驼峰段14和下游斜坡道13全线布置；在所述的卷扬机房15内设置有两套卷扬机2,所述的卷扬机2在所述的卷扬机房15内的地面上前后布置，所述的卷扬机房15的顶部设置有机房检修桥机11；天轮组5位于驼峰段14的坝轴线的两侧并对称布置；地轮组4与所述的绳道14.15平行布置，在所述的驼峰段14上设置有摩擦驱动装置6，每组所述的卷扬机2通过电机和减速器驱动卷筒旋转出绳，所述的钢丝绳3绕过地轮组4和天轮组5与承船车1的底部连接；所述的内侧轨道7沿上游斜坡道12、驼峰段14和下游斜坡道13全线布置；所述的外侧轨道8沿所述的上游斜坡道12布置至驼峰段14后方的20-30米处；所述的上游斜坡道12和所述的下游斜坡道13的中心线与所述的驼峰段14中心线位于同一竖直平面；在所述的承船车1内设置的四组高轮1.1与两组低轮1.2位于承船车构底板的高低两端；四组所述的高轮1.1分别布置在承船车1的上游端和下游端；四组所述的高轮1.1通过支腿衍架与承船车1连接，两组所述的低轮1.2位于所述的承船车1的上游并直接与所述的承船车1连接。

所述的内侧轨道7的轨距小于所述的外侧轨道8的轨距；位于同一竖直平面的外侧轨道8与所述的内侧轨道7之间的高度差与所述的承船车1内的上下游支撑轮与轨面接触点的高度差相同。

对于较大的船舶，开启所述的承船车1两端的卧倒门至水平并形成干运条件；对于较小的船舶，通过关闭承船车1两端的箱门，形成 封闭蓄水空间并形成湿运条件。

所述的钢丝绳3的中心线与斜坡道中心线在水平面的投影夹角为45度-60度。

所述的承船车1在所述的上游斜坡道12、驼峰段14的平直段和下游斜坡道13由卷扬机和摩擦驱动装置6共同驱动。

所述的斜坡道的坡比ρ＝tgα；a为斜坡道与水平面的夹角；α≤1/5；所述的上游斜坡道12的坡度比与所述的下游斜坡道13的坡度比相同。所述的上游斜坡道12、下游斜坡道13与所述的驼峰段14均采用高低轨运行。

所述的上游斜坡道12同一竖直平面内轨道高于外轨道的距离为：h＝lρ＝ltgα，l为承船车纵向支承跨距。

所述的承船车1过驼峰过程中，所述的钢丝绳3的改变分为两个阶段，其中第一个阶段为钢丝绳3绕过所述的承船车1上的两个导向轮，第一阶段的钢丝绳3的长度变化满足如下公式：其中是钢丝绳长度对时间的变化率，即卷扬机的输出线速度；是承船车运行的水平速度；

其中所述的第一、二阶段的分界点发生在第一、二阶段的分界点发生在x＝x_d处，

x_d的值为：

式中:x_O——承船车上钢丝绳导向轮中心距的二分之一；

x_O'——驼峰天轮中心距的二分之一；

R——天轮的名义半径；

r——承船车上钢丝绳导向轮的名义半径；

y_OO'——承船车上钢丝绳导向轮与天轮水平中心线的间距。

第一、二阶段的分界点发生在x＝x_d处，此时弧段长度为零缩为一点，为钢丝绳3同时与两个导向轮和一个天轮相切，切线为钢丝绳的中心线。

运转程序

(1)干运程序

(开始状态：承船车位于上游水域，下行船只已进入船厢并系缆)

卷扬系统按设定速度图牵引承船车沿上游斜坡道上升→至驼峰段上游预定位置时减速，同时摩擦驱动装置空载启动→卷扬机与摩擦驱动装置共同驱动承船车向下游运行→卷扬机减速至零后反向加速，并在承船车驶出驼峰段前达到正常均速→卷扬机驱动承船车沿下游斜坡道下降→至承船车入水深度达到厢内水深1.7m时停机→船只解缆、驶出承船车；船只干运上行程序与此相反。

(2)湿运程序

(开始状态：承船车位于中间渠道水域，厢内水深1.7m，船厢门处于开启状态，下行船只已进入船厢并系缆)

卷扬系统牵引承船车沿上游斜坡道慢速上升→至船厢内水深1.4m时停机→启动船厢液压泵站，关闭船厢门→卷扬系统按设定速度图驱动承船车继续上升，至驼峰段上游预定位置时减速，同时摩擦驱动装置空载启动→卷扬机与摩擦驱动装置共同驱动承船车向下游运行→ 卷扬机减速至零后，随即反向加速→卷扬机驱动承船车沿下游斜坡道下降→至承船车入水深度达到厢内水深1.7m时停车→启动船厢液压泵站，开启船厢门→船只解缆、驶出承船车；船只湿运上行程序与此相反。

摩擦驱动过驼峰的关键技术问题

(1)承船车平稳过驼峰的条件

根据水利枢纽的地形特点及升船机的布置需要，该型式升船机在坝轴线处设置了驼峰段，并在驼峰段设置了摩擦驱动装置，其目的是保持承船车过驼峰时的速度平稳，减小承船车过驼峰的冲击，摩擦驱动过驼峰方案的设计需解决以下几个关键技术问题：

1)当承船车由一侧上坡驶到平段时，从卷扬机减速并移交给摩擦驱动装置驱动开始，至驶至驼峰中心，承船车速度应基本保持匀不变。

2)在越过驼峰中心时，卷扬机的牵引钢丝绳应有适当的松弛。若松弛长度不够，则在卷扬机反向、加速至额定速度前，钢丝绳已经张紧，使承船车在平段突然减速，将可能造成冲击，使承船车内的水体激荡；当松弛长度过大，一方面有可能导致钢丝绳在卷筒上脱槽，另一方面使得卷扬机反向加速至设定速度后，钢丝绳仍有较大松弛，当承船车由平段驶向另一侧斜道下坡时，承船车将不受约束而自由下滑，并在钢丝绳张紧瞬间产生大的冲击。

为了解决该问题，需研究斜坡道平段长度和卷扬机速度变化规律、松弛长度和承船车速度衔接之间的相互关联和影响，根据过驼峰的平稳性要求，对相关参数进行优化。

3)摩擦驱动轮和摩擦轨道接触后，在整个摩擦驱动段内，驱动轮的线速度应保持不变，不受承船车负载的影响。

(2)承船车过驼峰过程的参数优化

1)承船车过驼过程的速度控制

为避免承船车在过驼峰时速度发生改变，必须首先研究承船车过驼峰过程中卷扬机的收、放钢丝绳长度与承船车的实际行程的关系。

承船车过驼峰过程中，钢丝绳长度的改变分两个阶段。第一阶段钢丝绳绕过承船车上的两个导向轮。持续平段初始至平段中点的大部分时间，减速点即位于该阶段。第二阶段发生在承船车接近驼峰中线的时刻，此时钢丝绳紧绕过后面的导向轮，在该阶段承船车接力过程早已完成。

第一阶段钢丝绳长度变化的分析(见图7)。发生改变的钢丝绳长度段为曲线FABCDE。

通推导，有如下关系：

式左的是钢丝绳长度对时间的变化率，亦即卷扬机的输出线速度，式右的是承船车运行的水平速度。上式说明，当卷扬机驱动承船车在平段匀速行驶时，承船车的速度不是均匀的，而是x的函数。计算表明，在卷扬机的匀速驱动下，越接近驼峰中点，承船车的水平速度越快。因此，应尽量减少卷扬机在驼峰平段驱动承船车的时间，亦即减速点应尽量靠近平段起始点。但在平段长度一定的情况下，过早减速会导致钢丝绳松弛长度太长，导致承船车在反向加速完成时的 冲击和钢丝绳脱槽。

第一、二阶段的分界点发生在x＝x_d处，此时在该处的弧段长度为零时，即缩为一点，在该点钢丝绳与承船车上左端的导向轮相切，从而出现钢丝绳与一个天轮和两个导向轮在同一直线上相切的情况。根据几何分析，x_d的值为：

第二阶段发生在承船车接近驼峰中线的时刻，此时钢丝绳紧绕过后面的导向轮，在该阶段承船车接力过程早已完成。第二阶段钢丝绳长度改变计算简图(见图8)

为保持承船车过驼峰的平稳性，应合理设定卷扬机在承船车过驼峰时的速度变化规律，以便在保证承船车能够越过驼峰的前提下，尽量减少承船车过驼峰时的松弛长度。有两种方案可供选择，其一是根据钢丝绳变化的精确规律选择卷扬机输出线速度曲线，采用交流变频控制技术，可以实现对任意给定速度函数的数值控制，从而使接力和钢丝绳张紧过程平稳的进行。其二是采用匀加、减速度的控制方案，卷扬机输出速度采用匀加、减速运动，由于运动过程简单，控制上较为容易实现，因此控制系统简单，成本较低。但由于无法和钢丝绳长度变化规律相吻合，因此不可避免地会造成钢丝绳松弛。为降低钢丝绳的松弛量，并使钢丝绳在反向加速完成瞬间正好张紧(即处于既无松弛又无内力的理想状态)，应科学而合理地确定卷扬机加速度值和减速起点和加速终点位置

2)驼峰平段长度的选择

驼峰平段长度与斜面升船机承船车过驼峰的平稳性密切相关。驼峰平段长度的选择应保证卷扬机的减、加速过程中承船车的车轮位于平段长度内，因此，平段长度应不小于x_s和x_e之间的较大值的2倍。

3)摩擦轨道的长度及曲线

摩擦轨道是由中间平段和两端的曲线段组成。中间平段长度应等于驼峰段长度。两端曲线段和平段应平缓过渡。曲线段的形状应与承船车在过渡段的重心变化相一致，同时应保证摩擦轨面与摩擦轮的初始接触应平稳可靠。

4)应维持稳定的摩擦力

摩擦轮和摩擦轨之间应维持稳定的摩擦力，对于保持承船车过驼峰速度的平稳是十分重要的。为此，首先应保证正压力恒定，其措施是采用平衡重通过杠杆施加正压力。平衡重悬挂在杠杆端部。由于在平衡重底部设置了缓冲装置，用于接力结束后平衡重落下时的缓冲，因此机构布置时应避免对接过程中平衡重与缓冲装置接触。其次，应采取措施维持摩擦系数的稳定，避免在摩擦轮与摩擦轨之间产生滑动。

上述未详细说明的部分均为现有技术。