CN101294381A - 垂直升船机的螺母锁紧颚部件组成的保护系统之改良构造 - Google Patents

Abstract

提供垂直升船机的螺母锁紧颚部件组成的保护系统之改良构造。根据本发明，意外情况下作用于单独的螺母锁紧颚部件(1)上的巨大的力不是通过非常长且昂贵的锚定装置水平传递到厚重的钢筋混凝土(3)中，而是被多个螺母锁紧颚部件的总组件承受，该总组件由依次向上排列的多个螺母锁紧颚部件组成，且力或者被直接传到地基，或者被分配到临近螺母锁紧颚柱的整个大片区域上而传递到横向临近的钢筋混凝土。为此，这些螺母锁紧颚部件通过多个穿透延伸或围绕的应力部件(2)以抗张或抗压的方式互相连接起来。螺母锁紧颚柱被设计为可静态地自身支撑。结果，这些螺母锁紧颚部件几乎没有、或者仅有大大减少了的、因而更节省成本的到钢筋混凝土的横向固定。

Description

垂直升船机的螺母锁紧颚部件组成的保护系统之改良构造

技术领域

本发明涉及在主要由钢筋混凝土组成的垂直升船机中发生意外时的一种保护系统。它特别涉及建立在螺母锁紧颚部件基础上的系统，该系统在升降运行过程中可以带间隙地、非接触地导引一螺杆状的螺纹(旋转杆)。

背景技术

每个航道系统都有一固定的集水区，这就是说所有流出的水都通过次航道最后汇集到主航道。两个集水区间的分界形成了分水岭。为了使船舶通过一个航道系统到达另一个航道系统，就必须越过这个分水岭。

这个目的由升船机来实现。三类基本的升船机之间的区别为(来源：Wikipedia)：

1.)垂直升船机在垂直方向向上或向下运送船舶。在一种变体中，这里所使用的承船厢用缆绳吊着并且用平衡重来平衡，因此与普通的电梯没有区别。在另一种变体中，承船厢固定在浮筒上，这些浮筒漂浮在位于地下深处的水箱(所谓的浸水坑或水井)。第三种变体是水压式升船机(在比利时和英国可以找到这样的例子)，在这种升船机中总是有两个通过水压管互连的承船厢。

2.)斜面升船机通过一个斜坡运送船舶，这种情况下承船厢运行在轨道上并且用平衡重来平衡。这里的承船厢可以被纵向或横向运输。除了在装水的承船厢中运输船舶以外，也可能进行干运，这种情况下，通过运输架(斜坡)从水中拉出船舶，这种系统也被称作船排(marinerailway)(例如，东普鲁士的Elbing-Osterode运河或者Ober

运河(波兰语：Kanal Elblaski)，还有加拿大Trent-and Severn航道的“大斜道船排”)。

采用湿运的斜面升船机的一种特殊变体是水坡式升船机，在该升船机中船舶不是装在承船厢里运输，而是漂浮在水中，由斜坡和“楔形水体”共同推动。在法国南部有两个这种升船机，一个在Canal duMidi(Fonserannes的枢纽码头)，一个在Montech的Canal lateralàla Garonne(加伦河畔运河)。

3.)旋转升船机通过两个绕中心轴旋转的吊舱来运输船舶。

在湿运的情况下，因为船舶挤出了与它相同重量的水(阿基米德定律)，所以不论有没有船，承船厢的重量总是相等的。因而，能够准确地设置平衡重或浮筒的浮力，其结果是所需的与转移重量相关的驱动力非常小。这样，例如，为了提升重约5800吨的承船厢，Scharnebeck bei Lüneburg升船机只需要四个160kW的电机，即总共产生约870公制马力。

通过使承船厢接近上游闸门比接近下游闸门时更深，一些升船机完全不需要外力就能运转。所以承船厢在顶部时注水更多，这样它就重于平衡重；在下游闸门处水面平齐之后，承船厢继而轻于平衡重。

本发明涉及垂直升船机。

在这种升船机的情况下，船舶从上游或下游进入承船厢。关闭承船厢，然后垂直地把它移动到对面的另一端。由于承船厢中的水平面是固定的，根据阿基米德定律船舶的重量对承船厢的负荷毫无影响。然而，为了使升降操作所必需的能量保持在低水平，配备了平衡重，它几乎等于承重厢的总重量(原理图见图1)。

有两种垂直升船机，一种主要由钢组成，另一种主要由低维护的钢筋混凝土组成。在本发明所涉及的后者中，承船厢和平衡重的所有载荷都通过钢丝绳滑轮支撑传递到钢筋混凝土制成的实体构造之中。

在发生事故的情况下，也就是说承船厢与平衡重之间失去平衡，比如，由于承船厢中注水过多或者失水过多，就要提供承船厢保护系统。

本发明的前身在如1913年5月28日申请的CH-64151的权利要求1，5，6及8项中有所描述。

“专利权利要求：升船机，其特征在于，为了分散巨大的载荷和惯性力，承船厢由若干(至少两个)带平衡重的支撑部件支撑，并且为了把垂直移动传递给承船厢，对若干(至少两个)独立的支撑部件配置了自行操作的驱动部件。

……

5.根据专利权利要求的升船机，其特征在于可旋转的螺旋部分连接到该承船厢，且位于该承船厢上的这些螺旋部分各自与一个固定的螺纹啮合，并且被驱动的方式为当承船厢和支撑部件的平衡重达到平衡时，这些螺旋部分可以沿着反向螺纹旋转，但如果失去平衡，这些螺旋部分以一种制动作用抵靠在这些反向螺纹上，这样使承船厢停止。

6.根据专利权利要求及其从属权利要求5的升船机，其特征在于这些螺旋部分形成了多个螺纹盘，并且每个螺纹盘的反向螺纹构成一个螺母螺纹，该螺母螺纹设置在以固定方式排列在承船厢侧面的一个柱体的内壁上。

……

8.根据专利权利要求书及从属权利要求5的升船机，其特征在于螺旋部分被给予相对于承船厢移动一定的提前量，为了保证这些螺旋部分可靠地离开前面(相对于承船厢运动的方向)的反螺纹表面，这样可以避免由于螺纹的不精密以及支撑和驱动部件的伸长造成的阻塞。”

在1923年8月29日公开的DE380377中描述了对CH-64151中公开的实施方案的改进。

例如，该系统的更新的形式包括一个由旋转杆(对应于CH-64151的可旋转的螺旋部分)和一个螺母锁紧颚柱(见图2)(对应于CH-64151的固定螺母螺纹柱的一种纵向劈开的形式)的组合，其中铸钢制成的螺母锁紧颚部件是由单独的部件(一般4-5m长)组成的，这些部件依次往上排列并且它们中的每一个都刚性地锚固在临近的钢筋混凝土中，这样当意外发生时，它能够承受所有的力并把力传递给混凝土。

旋转杆(或者心轴)好像形成了螺杆，螺母锁紧颚形成了螺纹，虽然在正常的运行情况下，它们无接触地运行，一个在另一个内部(带间隙的螺杆)(对应于CH-64151的权利要求8)。这是通过一个控制系统实现的，该控制系统与升降运作同步旋转该旋转杆以至于可以保持与螺母锁紧颚部件螺纹间的间隙。例如，合适的垂直间隙是30毫米。

在发生意外的情况下，一套机械装置保证旋转杆与螺母锁紧颚部件之间的间隙被取消，并且旋转杆落在螺母锁紧颚部件上或者(在承船厢变轻的情况下)向上被顶在螺母锁紧颚螺纹上。此时，每一螺母锁紧颚所需承受的力达到10000千牛顿，甚至更大。

承船厢的超载在螺母锁紧颚上产生一个指向下方的力。

卸空承船厢产生一个指向上方的力，因为平衡重要把承船厢往上拉。

根据现有技术，钢筋混凝土制成的垂直升船机中这些巨大的力是通过螺母锁紧颚传递给位于后面的钢筋混凝土构造。

这是非常复杂的，因为

-旋转杆能够落在每个单独的螺母锁紧颚段上，随后全部的载荷必须从这个单独的段传递给钢筋混凝土构造，

-从螺母锁紧颚到钢筋混凝土的剪切力的传递只能通过互锁装置或剪切凸缘来实现，

-必须要承受“弯曲力矩”(螺母锁紧颚螺纹上落下的载荷×到钢筋混凝土的杠杆臂)，例如通过把螺母锁紧颚紧固在钢筋混凝土上，

-传递到钢筋混凝土的载荷必须通过松弛的和预加应力的增强物在地基中得到支撑，

-由于极端的精度要求，把螺母锁紧颚部件安装在第一阶段的混凝土中是不可能的，还需要与第一阶段混凝土对齐的第二阶段混凝土，

-狭窄的空间状况使得工作更加困难。

另外，最终承受载荷的钢筋混凝土部分多年来需经受收缩和蠕变过程，结果是几乎不可能满足尺寸公差的极端要求。由于同钢筋混凝土互锁，必须用很大的努力才可能调整螺母锁紧颚部件(必须撬开整个第二阶段的混凝土)。

这同样适用于替换一个单独的螺母锁紧颚部件。

发明目的

因此本发明的目的就是提供可以避免这些缺点的一种构造。

附图说明

附图应看作是示意图。

图1是表示了本发明适用的根据现有技术的垂直升船机的原理图。

图2表示了根据现有技术单独的螺母锁紧颚部件(1)与混凝土(3)之间标准的固定方式。

图3，相反，是螺母锁紧颚部件柱的横截面视图(在接合区域)，示出了具有预应力螺母锁紧颚部件(1)的本发明的一个实施方案变体。

图4a显示了螺母锁紧颚部件柱与载荷传递构造的纵截面视图。为了清晰度的原因，省略了旋转杆(9)。

图4b显示了上顶板(10)的俯视图。

图4c显示了下顶板(6)的仰视图。

图4d显示了用于力传递的钢构造(5)的横截面。

图4e显示了发生事故的情况下把载荷传递给地基的底板(13)的横截面。

参考标号列表

1      螺母锁紧颚部件

2      应力部件

3      钢筋混凝土

4      切口

5      用于力传递的钢构造

6      固定锚的顶板

7      固定锚

8      应力锚

9     旋转杆

10    应力锚的顶板(锚定板)

11   

钢杆

12    补偿砂浆层

13    底板

14    钢锚定板

15    导轨/导向件16的钢支撑件

16    导轨/导向件

17    楔

18    焊缝

19    水泥浆

20    补偿板

21    齿轮阶梯形齿条

22    锚定(有预应力，没有与混凝土砌合连接)

23    与第二阶段混凝土互锁的螺母锁紧颚部件

24    承船厢

25    缆绳

26    缆绳重平衡链

27    平衡重

28    缆绳滑轮

29    第一阶段混凝土

30    第二阶段混凝土

发明内容

本发明的目的是通过权利要求1的特征部分所限定的特征而实现的。

为此，本发明提供的安排是不通过每个螺母锁紧颚部件的非常长且昂贵的锚定把巨大的力水平传递到厚重的钢筋混凝土(3)，而是连接这些螺母锁紧颚部件(1)，这些螺母锁紧颚部件依次向上排列，从而形成一个静态有效的整体单元，该整体单元作为一个总组件承受在意外情况下产生的力，然后对力进行传递。由于力被分散在更大的面积以及更多的锚上，所以当把力水平传递给混凝土时，不需要太复杂的锚固。

然而，事实上更优选把发生意外时产生的垂直力从由依次向上排列的螺母锁紧颚部件(1)组成的螺母锁紧颚柱直接传递到地基。为了这个目的，螺母锁紧颚柱被设计成静态地自身支撑：这些螺母锁紧颚部件以抗拉或抗压的方式互相连接已形成一个总组件。在这种情况下，这些螺母锁紧颚部件(1)至多有一个标准紧固件固定在钢筋混凝土(3)上，虽然该紧固件并不承受垂直载荷。

本发明的第一个实施方案变体为实现上述而做如下设置：通过用于施加外部预应力的多个应力元件(2)对依次向上接触排列的这些螺母锁紧颚部件(1)施加一种预应力。在这个变体中没有砌合连接到承受垂直载荷的钢筋混凝土(3)上的这些被施加预应力的螺母锁紧颚部件(1)是为了意外时发生的最大的载荷而设计。钢筋混凝土(3)的作用仅仅是固定和调整每一个螺母锁紧颚部件(1)，并且承受由于零部件中的缺陷带来的稳定力和少量的“弯曲力矩”。

附图中所描绘的变体的另一种更优选的改进形式在下面介绍：

为了实现这些螺母锁紧颚部件(1)中心预应力，这些螺母锁紧颚部件为空心体，以便对后面(朝向钢筋混凝土(3))的部分是敞开的，从而达到在理想情况下，在中空部分(4)延伸的预应力的重心与螺母锁紧颚部件(1)的重心重合。这需要改进螺母锁紧颚部件的几何形状，从而影响到与连接它们的钢筋混凝土构造(3)的间隔。

在螺母锁紧颚部件(1)下面，一个钢构造(6，5，13)把载荷传递到地基。

在安装操作中，钢构造的顶板(6)作为最下面螺母锁紧颚部件(1)的支架，并作为预应力固定锚(7)的支座。通过作为锚定板的顶板(10)，应力锚(8)布置在最上面螺母锁紧颚部件(1)的上端。

载荷能够从钢构造(6，5，13)传递到地基，例如，通过

钢杆(11)，在它们上面该钢构造与补偿砂浆层(12)和底板(13)一起拧紧在地基的上端面。为了随后将螺母锁紧颚部件(1)与混凝土的外缘对齐地进行固定，钢锚定板(14)以内嵌部件的形式用混凝土浇筑在贴临螺母锁紧颚的钢筋混凝土构造(3)中，在每一情况下均在这些螺母锁紧颚部件(1)的接合区域中。

在对齐之后，将钢构造(15)焊接到这些内嵌部件(14)上，这些钢构造被设计为使螺母锁紧颚部件(1)能以舌部(16)的形式横向地套在接合区域内，并且可以通过楔子(17)等在x和y方向水平地进行调整和紧固，从而能够可靠地满足安装螺母锁紧颚部件(1)所需的公差。

紧固和调整装置(15，16，17)被构型为使它们承受微小的稳定力和“弯曲力矩”载荷，并且能够通过带有内嵌部件(14)的焊缝(18)把这些载荷传递到钢筋混凝土(3)之中。

“弯曲力矩”的杠杆臂减小为在螺母锁紧颚上旋转杆齿的支撑点到预应力重心的距离。另外，螺母锁紧颚被向前压，因此力的合成仍旧在螺母锁紧颚的横截面内。在紧固之后，在螺母锁紧颚部件(1)后缘与螺母锁紧颚接合区域中的钢构造(15)之间的空隙被填塞了，例如采用水泥浆(19)或钢楔。

在对螺母锁紧颚部件(1)施加预应力时，它们仅被压缩几个毫米。根据铸钢已知的材料特性，能够十分精确的预先确定，因此这能够通过螺母锁紧颚部件接合区域的薄板(20)部分地得到补偿。

压力改变了螺母锁紧颚部件(1)螺纹的螺距，结果是没有压缩的旋转杆螺纹(9)与压缩的螺母锁紧颚之间的空隙从螺母锁紧颚部件(1)的一端到另一端发生变化。这个变化相对于螺母锁紧颚部件(1)的长度或旋转杆螺纹(9)的长度几乎是可忽略不计的，因此实际上根本不用去补偿。

然而，这些板(20)允许螺母锁紧颚部件(1)的高度随后也能够调整。

为了这个目的，仅仅需要提前放松预应力和该调整和紧固装置(16，17)。结果是，螺母锁紧颚能够在垂直方向上再延伸，而没有力传递到混凝土(3)中相对脆弱的锚定上。

在更换单个螺母锁紧颚部件(1)时，适用同样的方法，由于向后面开放的空腔(4)，螺母锁紧颚部件(1)能够很简单地被撤出并更换成新的。

这里首先要拆下螺母锁紧颚部件接合区域之间的垫板(20)，由此大大方便了拆卸工作。

给螺母锁紧颚部件(1)施加预应力时几毫米的压缩过程中，它们在螺母锁紧颚部件接合区域上钢构造的舌状外壳(16)内滑动。考虑到相关的原理，外负荷对预应力系统的变形行为的影响小得可以忽略。

由蠕变和收缩引起的变形的增加被消除了，只保留了虽然不重要但极小的钢铁松弛。

在一个小修改中，在保持前述原则的同时，这些应力部件(2)也可能横向安排在重心位置的螺母锁紧颚的外面(而不是里面)。这种情况下，必须在螺母锁紧颚组件的顶端和底端安装横构件，这些横构件把预应力传递到螺母锁紧颚部件(1)。

一个第二个实施方案变体如上所述包括，通过外部的预应力把单独的螺母锁紧颚部件夹紧成一个整体，但是把垂直的力传递到位于后面的混凝土中，假如出于无论何种原因这些力不可能通过位于最下面螺母锁紧颚部件下的钢构造直接传递到地基。原则上，于是必须使用第二阶段的混凝土，如图2所示。

然而，相对于现有技术这个变体的优点就是，在发生事故的情况下，作用力能够分配到所有的螺母锁紧颚部件(1)上，这样就能更均匀地传递给混凝土(3)，而不像现有技术中每一单个螺母锁紧颚部件(1)必须能够独自传递整个载荷。这成倍降低了用于将力传递到混凝土(3)的费用，该倍数对应于螺母锁紧颚部件(1)的数量。原则上，这也适用于“弯曲力矩”的传递。

Claims (6)

1.在主要由钢筋混凝土(3)构成的垂直升船机中防止发生意外的保护系统，该系统是基于相互对置且依次向上排列而形成一个柱的多个螺母锁紧颚部件(1)，在升降运行过程中这些螺母锁紧颚部件之间带间隙无接触地引导着一个螺杆状的螺纹(旋转杆，9)，只有发生意外时该螺纹才与这些螺母锁紧颚部件(1)的螺纹发生接触，其特征在于这些依次向上排列的单独的螺母锁紧颚部件(1)被多个应力部件(2)以一种抗张力或抗压力的方式、但可以释放地、以预应力进行连接，形成一个自身支撑的螺母锁紧颚柱，它作为一个单元承受发生意外时产生的压力或拉力并均匀地把这些力传递出去。

2.根据权利要求1的保护系统，其特征在于该螺母锁紧颚柱的最下端的螺母锁紧颚部件(1)在其下端以一种压入配合的方式(5)连接到一个地基上，该地基在发生意外时完全承受所有的力，这些力是在该螺母锁紧颚柱上突然产生的作为向上或向下方向的垂直力，并且该螺母锁紧颚柱把它们传递到该地基而没有水平地传递到周围的混凝土构造(3)。

3.根据权利要求1的保护系统，其特征在于该螺母锁紧颚柱是由依次向上排列且以一种压入配合方式但可释放地相连接的n个螺母锁紧颚部件(1)所组成，该螺母锁紧颚柱通过大致水平的多个锚而锚定在该混凝土(3)中，其中用于每个螺母锁紧颚部件(1)的这些锚与根据现有技术的一种构造方式中互相独立的螺母锁紧颚部件(1)的锚相比，仅有大致1/n的载荷率。

4.根据权利要求2的保护系统，其特征在于该螺母锁紧颚柱的这些螺母锁紧颚部件(1)是通过多个应力部件(2)而固定在一起，这些应力部件通过这些螺母锁紧颚部件(1)中的多个切口(4)而延伸或者从外面环绕这些螺母锁紧颚部件(1)。

5.根据权利要求1到4中至少一项的保护系统，其特征在于它具有锚定(14，15)在该混凝土(3)中的多个导向装置(16)，在这些导向装置中这些螺母锁紧颚部件(1)是通过多个可拆卸的导轨/导向件(16)被导向，在发生意外时，它们可以垂直位移至少一个量值，该量值为该预应力压紧这些螺母锁紧颚部件(1)的量。

6.根据权利要求1，2以及4，5中的至少一项的保护系统，其特征在于，对于每一个螺母锁紧颚柱，该系统在该螺母锁紧颚柱最上面的螺母锁紧颚部件(1)的一个顶板(10)之上具有至少一个应力锚(8)，且在最下面的螺母锁紧颚部件(1)之下具有至少一个固定锚(7)，该固定锚把产生的力传递给该下部钢构造(5，6，13)的顶板(6)，并且该顶板(6)通过这些连接件(5)以一种压入配合的方式连接到一个底板(13)，该底板把发生意外时产生的垂直压力或拉力传递给位于下面的该地基。

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