本發(fā)明涉及到水利工程升船機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,更加具體來說是一種布置高低輪的干濕兩運斜面升船機(jī)。
背景技術(shù):
水利樞紐采用垂直升船機(jī)居多。垂直升船機(jī)系統(tǒng)較為復(fù)雜,建設(shè)成本較高,為大中型升船機(jī)所適用。對于中小型規(guī)模的升船機(jī),在滿足設(shè)計通航能力的前提下,采用斜面升船機(jī)可合理利用自然地理條件,減少土建工程量,簡化機(jī)械設(shè)備,顯著地降低造價。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術(shù)的不足之處,而提出一種布置高低輪的干濕兩運斜面升船機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案通過如下措施來實施的:一種布置高低輪的干濕兩運斜面升船機(jī),其特征在于:卷揚(yáng)機(jī)房位于駝峰段的側(cè)翼;所述的卷揚(yáng)機(jī)房與所述的駝峰段之間設(shè)置有繩道,在所述的繩道上布置有若干鋼絲繩托,鋼絲繩棍沿所述的上游斜坡道、駝峰段和下游斜坡道全線布置;在所述的卷揚(yáng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置有兩套卷揚(yáng)機(jī),所述的卷揚(yáng)機(jī)在所述的卷揚(yáng)機(jī)房內(nèi)的地面上前后布置,所述的卷揚(yáng)機(jī)房的頂部設(shè)置有機(jī)房檢修橋機(jī);天輪組位于駝峰段的壩軸線的兩側(cè)并互相垂直;地輪組與所述的繩道平行布置,在所述的駝峰段上設(shè)置有摩擦驅(qū)動裝置,每組所述的卷揚(yáng)機(jī)通過電機(jī)和減速器驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)出繩,所述的鋼絲繩繞過地輪組和天輪組與承船車的底部連接;所述的內(nèi)側(cè)軌道沿上游斜坡道、駝峰段和下游斜坡道全線布置;所述的外側(cè)軌道沿所述的上游斜坡道布置至駝峰段后方的20-30米處;所述的上游斜坡道和所述的下游斜坡道的中心線與所述的駝峰段中心線位于同一豎直平面;在所述的承船車內(nèi)設(shè)置的四組高輪與兩組低輪位于承船車構(gòu)底板的高低兩端;四組所述的高輪分別布置在承船車的上游端和下游端;四組所述的高輪通過支腿衍架與承船車連接,兩組所述的低輪位于所述的承船車的上游并直接與所述的承船車連接。
在上述技術(shù)方案中:所述的內(nèi)側(cè)軌道的軌距小于所述的外側(cè)軌道的軌距;位于同一豎直平面的外側(cè)軌道與所述的內(nèi)側(cè)軌道之間的高度差與所述的承船車內(nèi)的上下游支撐輪與軌面接觸點的高度差相同。
在上述技術(shù)方案中:對于較大的船舶,開啟所述的承船車兩端的臥倒門至水平并形成干運條件;對于較小的船舶,通過關(guān)閉承船車兩端的箱門,形成封閉蓄水空間并形成濕運條件。
在上述技術(shù)方案中:所述的鋼絲繩的中心線與斜坡道中心線在水平面的投影夾角為45度-60度。
在上述技術(shù)方案中:所述的承船車在所述的上游斜坡道、駝峰段的平直段和下游斜坡道由卷揚(yáng)機(jī)和摩擦驅(qū)動裝置共同驅(qū)動。
在上述技術(shù)方案中:所述的斜坡道的坡比ρ=tgα;a為斜坡道與水平面的夾角;α≤1/5;所述的上游斜坡道的坡度比與所述的下游斜坡道的坡度比相同。所述的上游斜坡道、下游斜坡道與所述的駝峰段均采用高低軌運行。
在上述技術(shù)方案中:所述的上游斜坡道同一豎直平面內(nèi)軌道高于外軌道的距離為:h=lρ=ltgα,l為承船車縱向支承跨距。
在上述技術(shù)方案中:所述的承船車過駝峰過程中,所述的鋼絲繩的改變分為兩個階段,其中第一個階段為鋼絲繩繞過所述的承船車上的兩個導(dǎo)向輪,第一階段的鋼絲繩的長度變化滿足如下公式:
其中所述的第一階段、二階段的分界點發(fā)生在第一階段、二階段的分界點發(fā)生在x=xd處,
xd的值為:
式中:xo——承船車上鋼絲繩導(dǎo)向輪中心距的二分之一;
xo'——駝峰天輪中心距的二分之一;
r——天輪的名義半徑;
r——承船車上鋼絲繩導(dǎo)向輪的名義半徑;
yoo'——承船車上鋼絲繩導(dǎo)向輪與天輪水平中心線的間距。
在上述技術(shù)方案中:第一階段、二階段的分界點發(fā)生在x=xd處,此處弧段長度
本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1、合理利用自然地理條件,減少土建工程量,簡化機(jī)械設(shè)備,顯著地降低造價。
2、采用高低輪和高低軌組合的設(shè)備布置方式,合理利用了上游斜坡道較短、下游斜坡道較長的特點,節(jié)省了下游斜坡道鋼軌道工程量,并最大限度減少承船車重量。
3、利用摩擦驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動承船車過駝峰,可避免承船車過駝峰時慣性過壩引起的設(shè)備沖擊,保證承船車及船舶運行安全及設(shè)備安全。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的縱剖面圖。
圖2為本發(fā)明的平面布置圖。
圖3為本發(fā)明中下游的旋轉(zhuǎn)剖視圖。
圖4為本發(fā)明中承船車在上游入水進(jìn)出船位置示意圖。
圖5為本發(fā)明中承船車在下游斜坡道運行時其上游端剖面圖。
圖6為本發(fā)明中承船車在駝峰中部運行時中部剖面圖。
圖7為本發(fā)明中的第一階段鋼絲繩長度變化的分析示意圖。
圖8為本發(fā)明中的第二階段鋼絲繩長度改變計算簡圖。
圖中:承船車1、高輪1.1、低輪1.2、卷揚(yáng)機(jī)2、鋼絲繩3、地輪組4、天輪組5、摩擦驅(qū)動裝置6、內(nèi)側(cè)軌道7、外側(cè)軌道8、鋼絲繩棍9、鋼絲繩托10、機(jī)房檢修橋機(jī)11、上游斜坡道12、下游斜坡道13、駝峰段14、繩道14.15、卷揚(yáng)機(jī)房15。
附圖說明
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施情況,但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定,僅作舉例而已,同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。
參照圖1-6所示:一種布置高低輪的干濕兩運斜面升船機(jī),其特征在于:卷揚(yáng)機(jī)房15位于駝峰段14的側(cè)翼;所述的卷揚(yáng)機(jī)房15與所述的駝峰段14之間設(shè)置有繩道14.15,在所述的繩道14.15上布置有若干鋼絲繩托滾10,鋼絲繩托輪9沿所述的上游斜坡道12、駝峰段14和下游斜坡道13全線布置;在所述的卷揚(yáng)機(jī)房15內(nèi)設(shè)置有兩套卷揚(yáng)機(jī)2,所述的卷揚(yáng)機(jī)2在所述的卷揚(yáng)機(jī)房15內(nèi)的地面上前后布置,所述的卷揚(yáng)機(jī)房15的頂部設(shè)置有機(jī)房檢修橋機(jī)11;天輪組5位于駝峰段14的壩軸線的兩側(cè)并對稱布置;地輪組4與所述的繩道14.15平行布置,在所述的駝峰段14上設(shè)置有摩擦驅(qū)動裝置6,每組所述的卷揚(yáng)機(jī)2通過電機(jī)和減速器驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)出繩,所述的鋼絲繩3繞過地輪組4和天輪組5與承船車1的底部連接;所述的內(nèi)側(cè)軌道7沿上游斜坡道12、駝峰段14和下游斜坡道13全線布置;所述的外側(cè)軌道8沿所述的上游斜坡道12布置至駝峰段14后方的20-30米處;所述的上游斜坡道12和所述的下游斜坡道13的中心線與所述的駝峰段14中心線位于同一豎直平面;在所述的承船車1內(nèi)設(shè)置的四組高輪1.1與兩組低輪1.2位于承船車構(gòu)底板的高低兩端;四組所述的高輪1.1分別布置在承船車1的上游端和下游端;四組所述的高輪1.1通過支腿衍架與承船車1連接,兩組所述的低輪1.2位于所述的承船車1的上游并直接與所述的承船車1連接。
所述的內(nèi)側(cè)軌道7的軌距小于所述的外側(cè)軌道8的軌距;位于同一豎直平面的外側(cè)軌道8與所述的內(nèi)側(cè)軌道7之間的高度差與所述的承船車1內(nèi)的上下游支撐輪與軌面接觸點的高度差相同。
對于較大的船舶,開啟所述的承船車1兩端的臥倒門至水平并形成干運條件;對于較小的船舶,通過關(guān)閉承船車1兩端的箱門,形成封閉蓄水空間并形成濕運條件。
所述的鋼絲繩3的中心線與斜坡道中心線在水平面的投影夾角為45度-60度。
所述的承船車1在所述的上游斜坡道12、駝峰段14的平直段和下游斜坡道13由卷揚(yáng)機(jī)和摩擦驅(qū)動裝置6共同驅(qū)動。
所述的斜坡道的坡比ρ=tgα;a為斜坡道與水平面的夾角;α≤1/5;所述的上游斜坡道12的坡度比與所述的下游斜坡道13的坡度比相同。所述的上游斜坡道12、下游斜坡道13與所述的駝峰段14均采用高低軌運行。
所述的上游斜坡道12同一豎直平面內(nèi)軌道高于外軌道的距離為:h=lρ=ltgα,l為承船車縱向支承跨距。
所述的承船車1過駝峰過程中,所述的鋼絲繩3的改變分為兩個階段,其中第一個階段為鋼絲繩3繞過所述的承船車1上的兩個導(dǎo)向輪,第一階段的鋼絲繩3的長度變化滿足如下公式:
其中所述的第一、二階段的分界點發(fā)生在第一、二階段的分界點發(fā)生在x=xd處,
xd的值為:
式中:xo——承船車上鋼絲繩導(dǎo)向輪中心距的二分之一;
xo'——駝峰天輪中心距的二分之一;
r——天輪的名義半徑;
r——承船車上鋼絲繩導(dǎo)向輪的名義半徑;
yoo'——承船車上鋼絲繩導(dǎo)向輪與天輪水平中心線的間距。
第一、二階段的分界點發(fā)生在x=xd處,此時弧段長度
運轉(zhuǎn)程序
(1)干運程序
(開始狀態(tài):承船車位于上游水域,下行船只已進(jìn)入船廂并系纜)
卷揚(yáng)系統(tǒng)按設(shè)定速度圖牽引承船車沿上游斜坡道上升→至駝峰段上游預(yù)定位置時減速,同時摩擦驅(qū)動裝置空載啟動→卷揚(yáng)機(jī)與摩擦驅(qū)動裝置共同驅(qū)動承船車向下游運行→卷揚(yáng)機(jī)減速至零后反向加速,并在承船車駛出駝峰段前達(dá)到正常均速→卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動承船車沿下游斜坡道下降→至承船車入水深度達(dá)到廂內(nèi)水深1.7m時停機(jī)→船只解纜、駛出承船車;船只干運上行程序與此相反。
(2)濕運程序
(開始狀態(tài):承船車位于中間渠道水域,廂內(nèi)水深1.7m,船廂門處于開啟狀態(tài),下行船只已進(jìn)入船廂并系纜)
卷揚(yáng)系統(tǒng)牽引承船車沿上游斜坡道慢速上升→至船廂內(nèi)水深1.4m時停機(jī)→啟動船廂液壓泵站,關(guān)閉船廂門→卷揚(yáng)系統(tǒng)按設(shè)定速度圖驅(qū)動承船車?yán)^續(xù)上升,至駝峰段上游預(yù)定位置時減速,同時摩擦驅(qū)動裝置空載啟動→卷揚(yáng)機(jī)與摩擦驅(qū)動裝置共同驅(qū)動承船車向下游運行→卷揚(yáng)機(jī)減速至零后,隨即反向加速→卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動承船車沿下游斜坡道下降→至承船車入水深度達(dá)到廂內(nèi)水深1.7m時停車→啟動船廂液壓泵站,開啟船廂門→船只解纜、駛出承船車;船只濕運上行程序與此相反。
摩擦驅(qū)動過駝峰的關(guān)鍵技術(shù)問題
(1)承船車平穩(wěn)過駝峰的條件
根據(jù)水利樞紐的地形特點及升船機(jī)的布置需要,該型式升船機(jī)在壩軸線處設(shè)置了駝峰段,并在駝峰段設(shè)置了摩擦驅(qū)動裝置,其目的是保持承船車過駝峰時的速度平穩(wěn),減小承船車過駝峰的沖擊,摩擦驅(qū)動過駝峰方案的設(shè)計需解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題:
1)當(dāng)承船車由一側(cè)上坡駛到平段時,從卷揚(yáng)機(jī)減速并移交給摩擦驅(qū)動裝置驅(qū)動開始,至駛至駝峰中心,承船車速度應(yīng)基本保持勻不變。
2)在越過駝峰中心時,卷揚(yáng)機(jī)的牽引鋼絲繩應(yīng)有適當(dāng)?shù)乃沙?。若松弛長度不夠,則在卷揚(yáng)機(jī)反向、加速至額定速度前,鋼絲繩已經(jīng)張緊,使承船車在平段突然減速,將可能造成沖擊,使承船車內(nèi)的水體激蕩;當(dāng)松弛長度過大,一方面有可能導(dǎo)致鋼絲繩在卷筒上脫槽,另一方面使得卷揚(yáng)機(jī)反向加速至設(shè)定速度后,鋼絲繩仍有較大松弛,當(dāng)承船車由平段駛向另一側(cè)斜道下坡時,承船車將不受約束而自由下滑,并在鋼絲繩張緊瞬間產(chǎn)生大的沖擊。
為了解決該問題,需研究斜坡道平段長度和卷揚(yáng)機(jī)速度變化規(guī)律、松弛長度和承船車速度銜接之間的相互關(guān)聯(lián)和影響,根據(jù)過駝峰的平穩(wěn)性要求,對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
3)摩擦驅(qū)動輪和摩擦軌道接觸后,在整個摩擦驅(qū)動段內(nèi),驅(qū)動輪的線速度應(yīng)保持不變,不受承船車負(fù)載的影響。
(2)承船車過駝峰過程的參數(shù)優(yōu)化
1)承船車過駝過程的速度控制
為避免承船車在過駝峰時速度發(fā)生改變,必須首先研究承船車過駝峰過程中卷揚(yáng)機(jī)的收、放鋼絲繩長度與承船車的實際行程的關(guān)系。
承船車過駝峰過程中,鋼絲繩長度的改變分兩個階段。第一階段鋼絲繩繞過承船車上的兩個導(dǎo)向輪。持續(xù)平段初始至平段中點的大部分時間,減速點即位于該階段。第二階段發(fā)生在承船車接近駝峰中線的時刻,此時鋼絲繩緊繞過后面的導(dǎo)向輪,在該階段承船車接力過程早已完成。
第一階段鋼絲繩長度變化的分析(見圖7)。發(fā)生改變的鋼絲繩長度段為曲線fabcde。
通推導(dǎo),有如下關(guān)系:
式左的
第一、二階段的分界點發(fā)生在x=xd處,此時在該處上圖中的弧段長度
第二階段發(fā)生在承船車接近駝峰中線的時刻,此時鋼絲繩緊繞過后面的導(dǎo)向輪,在該階段承船車接力過程早已完成。第二階段鋼絲繩長度改變計算簡圖(見圖8)
為保持承船車過駝峰的平穩(wěn)性,應(yīng)合理設(shè)定卷揚(yáng)機(jī)在承船車過駝峰時的速度變化規(guī)律,以便在保證承船車能夠越過駝峰的前提下,盡量減少承船車過駝峰時的松弛長度。有兩種方案可供選擇,其一是根據(jù)鋼絲繩變化的精確規(guī)律選擇卷揚(yáng)機(jī)輸出線速度曲線,采用交流變頻控制技術(shù),可以實現(xiàn)對任意給定速度函數(shù)的數(shù)值控制,從而使接力和鋼絲繩張緊過程平穩(wěn)的進(jìn)行。其二是采用勻加、減速度的控制方案,卷揚(yáng)機(jī)輸出速度采用勻加、減速運動,由于運動過程簡單,控制上較為容易實現(xiàn),因此控制系統(tǒng)簡單,成本較低。但由于無法和鋼絲繩長度變化規(guī)律相吻合,因此不可避免地會造成鋼絲繩松弛。為降低鋼絲繩的松弛量,并使鋼絲繩在反向加速完成瞬間正好張緊(即處于既無松弛又無內(nèi)力的理想狀態(tài)),應(yīng)科學(xué)而合理地確定卷揚(yáng)機(jī)加速度值和減速起點和加速終點位置
2)駝峰平段長度的選擇
駝峰平段長度與斜面升船機(jī)承船車過駝峰的平穩(wěn)性密切相關(guān)。駝峰平段長度的選擇應(yīng)保證卷揚(yáng)機(jī)的減、加速過程中承船車的車輪位于平段長度內(nèi),因此,平段長度應(yīng)不小于xs和xe之間的較大值的2倍。
3)摩擦軌道的長度及曲線
摩擦軌道是由中間平段和兩端的曲線段組成。中間平段長度應(yīng)等于駝峰段長度。兩端曲線段和平段應(yīng)平緩過渡。曲線段的形狀應(yīng)與承船車在過渡段的重心變化相一致,同時應(yīng)保證摩擦軌面與摩擦輪的初始接觸應(yīng)平穩(wěn)可靠。
4)應(yīng)維持穩(wěn)定的摩擦力
摩擦輪和摩擦軌之間應(yīng)維持穩(wěn)定的摩擦力,對于保持承船車過駝峰速度的平穩(wěn)是十分重要的。為此,首先應(yīng)保證正壓力恒定,其措施是采用平衡重通過杠桿施加正壓力。平衡重懸掛在杠桿端部。由于在平衡重底部設(shè)置了緩沖裝置,用于接力結(jié)束后平衡重落下時的緩沖,因此機(jī)構(gòu)布置時應(yīng)避免對接過程中平衡重與緩沖裝置接觸。其次,應(yīng)采取措施維持摩擦系數(shù)的穩(wěn)定,避免在摩擦輪與摩擦軌之間產(chǎn)生滑動。
上述未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。