一种船闸闸门防撞装置及防撞方法与流程

1.本发明涉及船闸设备技术领域，具体涉及一种船闸闸门防撞装置及防撞方法。


背景技术：

2.在船闸设备设施中，为保障安全运行，一些大型船闸设置有防撞警戒装置，目的是提醒船舶驾驶员在船舶驶入闸室后谨慎操作，按规定的航速驶近闸门，同时，如一旦发生船舶失控或误操作，防撞装置将起一定的阻挡作用，使船舶减速，减少由于碰撞而可能造成的损坏。常见的防撞警戒装置由拦船钢丝绳、警示牌、升降机架、固定双卷筒卷扬机及埋件等组成，这类防撞装置拦船钢丝绳与升降机架为铰接，未设置有消能系统，当失速船舶撞向拦船钢丝绳时，巨大的冲击力经钢丝绳传至升降机架，最后经轨道埋件传至闸墙井槽，严重情况下直接对升降机架和闸墙井槽混凝土产生不可逆的破坏。该类防撞警戒装置以警戒功能为主，防撞功能不足。如专利cn111402553a“一种带挡船索下放保护装置的船闸防撞系统”提到的船闸防撞装置，
3.有关文献也公开了带消能系统的船闸防撞装置，如b.沃兹涅先斯基等《船闸的防撞装置》中提出包含消能回路和防撞链升降系统回路的船闸防撞装置，两套回路相对独立，消能回路由防撞链、车架及设有液压缓冲器的制动系统组成。饶纲强《葛洲坝水利枢纽二号船闸的防撞设备》提到了带液压制动设备的船闸防撞装置。文献中该类防撞装置都存在结构相对复杂，需要较多空间布置防撞系统，检修维护繁琐等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种船闸闸门防撞装置及防撞方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种船闸闸门防撞装置，包括消能配重组件、浮筒机架、双卷筒卷扬机和拦阻链索；
6.所述的消能配重组件包括第一级消能配重、连接链、第二级消能配重和提升链，第二级消能配重设置在第一级消能配重下方，通过连接连连接第一级消能配重，第一级消能配重上方连接提升链；
7.所述的双卷筒卷扬机在船闸两侧闸墙顶部对称分布，安装在闸墙预留防撞装置闸槽的顶部，包括电机、块式制动器、拦阻链开式小齿轮及轴、拦阻链开式大齿轮、拦阻链索卷筒及轴、牙嵌式离合器、配重开式小齿轮及轴、配重开式大齿轮、配重卷筒及轴和用于对配重卷筒及轴进行单向锁定的卷筒棘锁组件，拦阻链开式大齿轮连接拦阻链索卷筒及轴，并与拦阻链开式小齿轮及轴相互啮合传动，配重开式大齿轮连接配重卷筒及轴，并与配重开式小齿轮及轴相互啮合传动，电机与块式制动器轴联接后与拦阻链开式小齿轮及轴相连，拦阻链开式小齿轮及轴与配重开式小齿轮及轴通过牙嵌式离合器同轴连接；
8.所述的拦阻链索包括横跨船闸闸室、连接闸室两侧双卷筒卷扬机的拦阻链；
9.所述的浮筒机架包括浮筒、机架和转向轴，机架设置在浮筒上，机架上设置有转向轴，浮筒机架安装在闸槽内，位于双卷筒卷扬机下部，可在闸槽内随水位变化而自动升降，
提升链穿过浮筒机架连接配重卷筒及轴，拦阻链绕过转向轴后连接拦阻链索卷筒及轴。
10.优选地，所述的双卷筒卷扬机还包括减速箱和联轴器，电机与块式制动器轴联接后，与减速箱高速输入轴连接，拦阻链开式小齿轮及轴的轴一端通过联轴器与减速箱低速输出轴连接，另一端与配重开式小齿轮及轴通过牙嵌式离合器同轴连接。
11.优选地，所述的消能配重组件的第一级消能配重与第二级消能配重通过四根连接链连接，提升链下端与第一级消能配重连接，提升链中间设置有防过载挂锤，提升链上端与消能配重提升钢丝绳连接，消能配重提升钢丝绳卷绕在配重卷筒及轴上，绳端通过压板固定在配重卷筒及轴上。
12.优选地，所述的浮筒机架的机架上设置有配重链索孔和拦阻链索孔，转向轴安装在拦阻链索孔中部机架前端，消能配重组件的提升链和消能配重提升钢丝绳穿过配重链索孔，防过载挂锤位于配重链索孔下方，拦阻链绕过转向轴后上端与拦阻链提升钢丝绳连接，拦阻链提升钢丝绳卷绕在拦阻链索卷筒及轴上，绳端通过压板固定在拦阻链索卷筒及轴上。
13.优选地，所述的卷筒棘锁组件包括大棘轮、棘爪、含内置复位弹簧的电力液压推拉器，大棘轮通过法兰孔螺栓连接在配重卷筒及轴的非大齿轮安装端，棘爪背部焊接有连接杆和电力液压推拉器铰接，电力液压推拉器活塞杆端与卷扬机底座支架铰接，卷筒棘锁组件通过电力推拉器内置复位弹簧的作用使棘爪与棘轮的棘齿保持接触，通过控制电力液压推拉器使棘爪与棘轮的棘齿脱离，并保持脱离状态。
14.进一步优选地，所述的船闸闸门防撞装置还包括控制系统，控制系统连接电机、块式制动器、牙嵌式离合器和电力液压推拉器。
15.更进一步优选地，所述的配重卷筒及轴和拦阻链索卷筒及轴上均设置有用于超载报警的荷重仪和用于行程下限报警的高度传感器(编码器+限位开关)，荷重仪和高度传感器连接控制系统。
16.一种船闸闸门防撞方法，采用上述装置进行。
17.优选地，所述的船闸闸门防撞方法，包括以下步骤：下行第一排进闸船舶由于制动故障或者误操作撞向拦阻链，拦阻链拦截失速船舶，同时拦阻力通过拦阻链和提升钢丝绳传导至两侧双卷筒卷扬机，使拦阻链索卷筒及轴放卷转动，联接的牙嵌式离合器带动配重卷筒及轴收卷转动，开始提升第一级消能配重，同时第一级消能配重通过连接链拉着第二级消能配重一起上升。
18.进一步优选地，当失速船舶动能超出防撞装置额定设计消能值，此时第一级消能配重和第二级消能配重提升高度大于额定设计值，配重提升链上的防过载挂锤接触浮筒机架的配重链索孔下方，拉拽浮筒机架一起上升。
19.本发明在船闸船舶进闸时，利用拦阻链拦截失控或误操作的船舶，拦船的拦阻链张紧后，拉力通过卷筒、开式齿轮组、离合器等传动装置的传递，转化为消能配重的重力势能，使失速船舶在碰撞船闸闸门前制动，保护闸门。通过在起升机构(双卷筒卷扬机)设置牙嵌式离合器并结合控制系统实现单侧一套动力系统将船闸防撞装置拦阻链升降系统回路与消能回路结合。并通过设置两级消能配重，在利用配重重力实现防撞链张紧自平衡的同时降低起升机构的日常工作载荷。通过设置浮筒机架，实现拦阻链索提升高度自动随闸室水位变化设定，将拦阻链索工作状态保持在水面以上一定高度。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1.本发明结构简单，通过在起升机构设置离合器，控制起升动力分配和先后顺序，在一套装置中实现了船闸防撞装置的消能回路和拦阻链的升降回路，对比带液压吸能的船闸防撞装置，减少了一套起升机构，结构更简单，在一个船闸闸室井槽内可实现整套装置单侧的安装和改造，节省空间；
22.2.本发明安全可靠，装置设计了消能配重，把失速船舶的动能转化为消能配重的重力势能，可有效地保护船闸闸门，避免船舶碰撞，提高了船闸结构设备的安全性；
23.3.本发明分级配重，提高使用期限，将消能配重分级设置，正常情况下只提升一半的配重重量用于张紧拦阻链，在防撞拦截时才使用全部的消能配重，减少了起升机构的日常荷载，延长装置的使用寿命；
24.4.本发明可恢复性强，检修方便，防撞能力设计范围内，失速船舶的动能转化为消能配重的重力势能，最后能量在传动装置以及与闸室内的水相互作用下耗散，装置自动可恢复碰撞前的状态，碰撞后免维修和更换零部件；
25.5.本发明自动适应水位高度，便捷性好，浮筒机架利用浮力随闸室水位升降自动升降，将拦阻链提升高程自动设定在水面一定高度，实现拦阻链高度准确的自动调整；
26.6.本发明链索自平衡，提高拦截效果，在利用配重重力实现拦阻链张紧自平衡的同时，使拦阻链始终保持张紧拉直，较小的中间垂度，有效地避免拦阻链因装置变形、链索松弛等导致拦阻链松弛、中间垂度大等问题，从而保持较好的拦截效果。
附图说明
27.图1为本发明船闸防撞装置整体结构示意图；
28.图2为本发明双卷筒卷扬机结构示意图；
29.图3为本发明卷筒棘锁组件结构示意图；
30.图4为本发明浮筒机架结构示意图；
31.图5为本发明消能配重组件结构示意图；
32.图6为本发明控制方法流程图；
33.图中：100-消能配重组件，101-第二级消能配重，102-连接链，103-第一级消能配重，104-提升链，105-防过载挂锤，106-消能配重提升钢丝绳，200-浮筒机架，201-浮筒，202-机架，203-滑轮，204-配重链索孔，205-拦阻链索孔，206-转向轴，300-双卷筒卷扬机，301-电机，302-块式制动器，303-减速箱，304-联轴器，305-拦阻链开式小齿轮及轴，306-拦阻链开式大齿轮，307-拦阻链索卷筒及轴，308-牙嵌式离合器，309-配重开式小齿轮及轴，310-配重开式大齿轮，311-配重卷筒及轴，312-卷筒棘锁组件，313-底座，314-大棘轮，315棘爪，316电力液压推拉器，400-拦阻链索，401-拦阻链，402-拦阻链提升钢丝绳。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
35.实施例1
36.一种船闸闸门防撞装置，如图1所示，包括消能配重组件100、浮筒机架200、双卷筒卷扬机300和拦阻链索400。
37.具体地，如图4所示，消能配重组件100包括由上至下依次连接的第一级消能配重103、连接链102和第二级消能配重101，在第一级消能配重103上方连接有提升链104。
38.双卷筒卷扬机300在船闸两侧闸墙顶部对称分布，具体结构如图2所示，包括电机301、块式制动器302、拦阻链开式小齿轮及轴305、拦阻链开式大齿轮306、拦阻链索卷筒及轴307、牙嵌式离合器308、配重开式小齿轮及轴309、配重开式大齿轮310和配重卷筒及轴311。其中，拦阻链开式大齿轮306连接拦阻链索卷筒及轴307，并与拦阻链开式小齿轮及轴305相互啮合传动，配重开式大齿轮310连接配重卷筒及轴311，并与配重开式小齿轮及轴309相互啮合传动，电机301与块式制动器302轴联接后与拦阻链开式小齿轮及轴305相连，拦阻链开式小齿轮及轴305与配重开式小齿轮及轴309通过牙嵌式离合器308同轴连接。双卷筒卷扬机300还包括卷筒棘锁组件312，用于对配重卷筒及轴311进行单向锁定。
39.拦阻链索400包括横跨船闸闸室、连接闸室两侧双卷筒卷扬机300的拦阻链401。如图3所示，浮筒机架200包括浮筒201、机架202和设置在机架202上的转向轴206，机架202设置在浮筒201上，浮筒机架200安装在闸槽内，位于双卷筒卷扬机300下部，提升链104穿过浮筒机架200连接配重卷筒及轴311，拦阻链401绕过转向轴206后连接拦阻链索卷筒及轴307。
40.实施例2
41.一种船闸闸门防撞装置，该装置主要由消能配重组件100、浮筒机架200、双卷筒卷扬机300、拦阻链索400四部分组成；双卷筒卷扬机300包括电机301、电力液压块式制动器302、减速箱303、联轴器304、拦阻链开式小齿轮及轴305、拦阻链开式大齿轮306、拦阻链索卷筒及轴307、牙嵌式离合器308、配重开式小齿轮及轴309、配重开式大齿轮310、配重卷筒及轴311、卷筒棘锁组件312、轴座、底座313；消能配重组件100包括第一级消能配重103、连接链102、第二级消能配重103、提升链104、防过载挂锤105、消能配重提升钢丝绳106；浮筒机架200包括浮筒201、机架202、转向轴206；拦阻链索400包括拦阻链401，拦阻链提升钢丝绳402。双卷筒卷扬机300、消能配重组件100和浮筒机架200在船闸两侧闸墙顶部和闸槽内对称分布，成对出现，由拦阻链索400连接。
42.具体地，上述拦阻链索卷筒及轴307通过轴及支架安装在底座313上，拦阻链开式大齿轮306通过法兰孔螺栓连接在拦阻链索卷筒及轴307上，并与拦阻链开式小齿轮及轴305相互啮合传动。
43.上述配重卷筒及轴311通过轴及支架安装在底座313上，配重开式大齿轮310通过法兰孔螺栓连接在配重卷筒及轴311上，并与配重开式小齿轮及轴309相互啮合传动。
44.上述电机301与电力液压块式制动器302轴联接后，与减速箱303高速输入轴联接、拦阻链开式小齿轮及轴305一端通过联轴器304与减速箱303低速输出轴联接，并安装固定在底座313上，拦阻链开式小齿轮及轴305通过轴座安装固定在底座313上。
45.上述配重开式小齿轮及轴309通过轴座与拦阻链开式小齿轮及轴305同轴安装固定在底座313上。
46.上述牙嵌式离合器308为常闭式，拦阻链开式小齿轮及轴305与配重开式小齿轮及轴309通过牙嵌式离合器308同轴连接。
47.上述卷筒棘锁组件312包括大棘轮314、棘爪315、电力液压推拉器316。
48.上述大棘轮314通过法兰孔螺栓连接在配重卷筒及轴311的非大齿轮安装端。
49.上述电力液压推拉器316内置复位弹簧，活塞连杆与卷扬机底座支架铰接，断电时活塞连杆处于伸出状态。通电工作时，活塞连杆收缩，电力液压推拉器316安装底座铰接点与活塞连杆铰接之间距离缩短。
50.上述卷筒棘锁组件312棘爪315背部焊接有连接杆使之与电力液压推拉器316安装底座铰接。
51.上述卷筒棘锁组件312通过电力液压推拉器316内置复位弹簧的作用使棘爪与棘轮的棘齿保持接触。
52.上述卷筒棘锁组件312可通过控制电力液压推拉器316使棘爪315与棘轮314的棘齿脱离，并保持脱离状态。
53.上述消能配重组件100的第一级消能配重103与第二级消能配重101通过四根连接链102连接、提升链104下端与第一级消能配重103连接，提升链104中间设置有防过载挂锤105，提升链104上端与消能配重提升钢丝绳106连接。
54.上述消能配重提升钢丝绳106卷绕在配重卷筒及轴311上，绳端通过压板固定在配重卷筒及轴311上。
55.上述浮筒机架200包括焊接为一体的机架202与浮筒201，机架202前后部安装有滑块，两侧安装有滑轮203。
56.上述浮筒机架200中间设置配重链索孔204，拦阻链索孔205，转向轴206安装在拦阻链索孔205中部机架前端。
57.上述浮筒机架200安装在闸槽内，位于双卷筒卷扬机300下部，消能配重组件100的提升链104和消能配重提升钢丝绳106安装穿过浮筒机架配重链索孔204。
58.上述消能配重组件100中的防过载挂锤105位于浮筒机架配重链索孔204下方。
59.上述组件的拦阻链401横跨船闸闸室、连接闸室两侧的双卷筒卷扬机300。
60.上述拦阻链索401绕过浮筒机架转向轴206后上端与拦阻链提升钢丝绳402连接。
61.上述拦阻链提升钢丝绳402卷绕在拦阻链索卷筒及轴307上，绳端通过压板固在拦阻链索卷筒及轴307上。
62.本实施例船闸闸门防撞装置控制方法工作流程如图5所示：
63.1)启动防撞装置
64.防撞装置初始状态，牙嵌式离合器308处于常闭状态(拦阻链索卷筒及轴307、配重卷筒及轴311处于联接状态)，拦阻链401沉于水下闸室底部，卷筒棘锁组件312单向锁定(只能单向收卷转动，放卷逆止)，电机端电力液压块式制动器302制动，第一级消能配重103和第二级消能配重101位于井槽底部。
65.上行过闸船舶出闸完毕后，船闸进入下行状态。首先，控制启动卷扬电机301反转(配重卷筒及轴311收卷转动，拦阻链索卷筒及轴307放卷转动)，同时松开电力液压块式制动器302。卷筒棘锁组件312收卷提升第一级消能配重103，拦阻链索卷筒及轴307放卷，拦阻链提升钢丝绳402下放。行程约1米后，第一级消能配重103与第二级消能配重101的连接链102张紧，配重卷筒及轴311荷重仪报警，同时拦阻链索卷筒及轴307下放约1米，达到行程下限报警。两条件满足任一则电机301停机，同时。配重卷筒及轴311收卷的同时，由于卷筒棘锁组件312的作用，保证配重卷筒及轴311只能收卷转动，放卷逆止，电机停机后，也能保持
起升的第一级消能配重103锁定在一定高度。
66.接着，断开牙嵌式离合器308，控制正转启动电机301，同时松开块式制动器302，拦阻链索卷筒及轴307开始收卷转动。断开牙嵌式离合器308后，配重卷筒及轴311由于卷筒棘锁组件312的作用，上一步第一级消能配重103保持提升高度不动。拦阻链401跟随提升拦阻链提升钢丝绳402上扬，升出水面约0.5米后，与浮筒机架转向轴206接触。拦阻链索卷筒及轴307继续收卷，横跨闸室水面下垂的拦阻链401开始张紧。当达到拦阻链索卷筒及轴307荷重仪报警值时，电机301停机，同时块式制动器302制动。
67.最后，闭合牙嵌式离合器308，控制反转启动电机301，同时松开块式制动器302和解锁卷筒棘锁组件312。当卷筒棘锁组件312解锁推杆位置开关到位时，电机301停止。此时拦阻链索卷筒及轴307和配重卷筒及轴311处于联接状态，松开块式制动器302和保持卷筒棘锁组件312处于解锁状态，第一级消能配重103与张紧的拦阻链401处于重力自平衡状态。整个装置进入拦阻防撞工作状态，下行船舶开始进闸。
68.2)拦阻防撞过程
69.下行第一排进闸船舶由于制动故障或者误操作撞向拦阻链，拦阻链401拦截失速船舶，同时拦阻力通过拦阻链401和拦阻链提升钢丝绳402传导至两侧起升机构双卷筒卷扬机300，使拦阻链索卷筒及轴307放卷转动，联接的牙嵌式离合器308带动配重卷筒及轴311收卷转动，开始提升第一级消能配重103，同时第一级消能配重103通过连接链102拉着第二级消能配重101一起上升。失速船舶的动能转化为配重的重力势能，实现防撞功能，保护人字门。整个过程电机301、块式制动器302、卷筒棘锁组件312等用电设备不参与，两平行卷筒组可看作是一个定滑轮。
70.当失速船舶动能超出防撞装置额定设计消能值，此时第一和第二级消能配重提升高度大于额定设计值，配重提升链上的防过载挂锤105接触浮筒机架配重链索孔204下方，拉拽浮筒机架200一起上升。浮筒机架200由于上升，浮筒201浮力减少，相当于增加了消能配重，提高消能作用。此时整个装置处于过载状态，防撞装置最大限度保护人字门。
71.3)防撞装置初始化
72.进闸第一排船舶停稳后，若未发生碰撞刮蹭事故，则防撞装置开始初始化。
73.启动块式制动器302制动，启动卷筒棘锁组件312逆止，打开牙嵌式离合器308。配重卷筒及轴311由于吊挂着第一级消能配重103，自行转动小角度后由卷筒棘锁组件312逆止锁定。反转启动电机301，同时松开块式制动器302，拦阻链索卷筒及轴307开始放卷下放拦阻链401，下放至闸室底部后直至行程下限时(闸室底部行程与拦阻链索卷筒及轴307行程下限差值为两级配重连接链的长度)，电机301停机，同时启动块式制动器302制动。
74.闭合牙嵌式离合器308，反转启动电机301，同时松开块式制动器302和解锁卷筒棘锁组件312。当卷筒棘锁组件312解锁推杆位置开关到位时，切换正转电机301。配重卷筒及轴311放卷，下放第一级消能配重103，同时拦阻链索卷筒及轴307收卷。
75.当到达配重卷筒及轴311卷筒行程下限时，此时第一级消能配重103堆放在第二级消能配重101上，电机301停机，同时启动块式制动器302制动和卷筒棘锁312组件逆止锁定，防撞装置恢复到初始状态。
76.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般
原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。