CN102505676A - 一种水力驱动式升船机的水力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种水力驱动式升船机的水力驱动系统。它具有一个承船厢垂直升降运行通道，在该通道的两侧设有轴对称的两排浮筒竖井，各浮筒竖井的下端通过等惯量输水系统与一个总管道连通，在总管道上、下游分别设有充水阀和泄水阀，在各浮筒竖井中设有一个平衡重浮筒，在所述承船厢运行通道顶部设有一个矩形同步驱动轴，在各平衡重浮筒与矩形同步驱动轴和承船厢之间各设有一个钢丝绳卷扬提升机构。本发明的充、泄水阀均选用了目前最先进的智能控制阀，并分别由充水阀PLC控制器和泄水阀PLC控制器来控制充、泄水阀的充水流量和泄水流量，形成了检测与控制充、泄水量的闭环控制系统，同时，充、泄水阀均采用一主两辅的结构形式，使充、泄水的流量控制及升船机停位更加精准。

Description

一种水力驱动式升船机的水力驱动系统

技术领域

本发明涉及一种升船机的驱动系统，具体地说，它是一种水力驱动式升船机的水力驱动系统。

背景技术

目前国内外的大型升船机有两种类型，一种是电力驱动式升船机，一种是水力驱动式升船机。电力驱动式升船机的技术核心是用多台电机同步驱动一个矩形轴转动，从而带动多台钢丝卷扬筒转动，实现同步卷扬提升或下降承船厢的功能，其具体技术内容参见中国专利ZL00113933.9。这类升船机存在的不足如下：

1、要求多台电机的力矩均衡、速度相同，故而控制复杂；

2、不能容忍承船厢发生漏水，如果一旦承船厢漏水，则系统平衡被破坏，会发生较严重的安全事故，所以承船厢的密封要求苛刻。

3、电力驱动运行和维护要求严格，使运行和维护成本较高。

所述的水力驱动式升船机能够克服上述电力驱动的缺点，中国专利ZL99116476.8公开了一种水力驱动式升船机(它称为水力浮动式转矩平衡重提升机构)，但它只是提供了水力驱动系统实现的基本思路，其系统构成还很不完善，不能达到实际应用的程度。

发明内容

本发明的目的是针对水力驱动式升船机的技术现状，提供一种水力驱动式升船机的水力驱动系统，从而实现水力驱动式升船机可靠、平稳的运行。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

它具有一个承船厢垂直升降运行通道，在该承船厢垂直升降运行通道的两侧设有轴对称的两排浮筒竖井，在所述的各浮筒竖井中设有一个平衡重浮筒，在所述承船厢垂直升降运行通道顶部设有一个矩形同步驱动轴，在所述的各平衡重浮筒与矩形同步驱动轴和承船厢之间各设有一个钢丝绳卷扬提升机构，其改进之处如下：

所述各浮筒竖井的下端通过等惯量输水管系与一个总管道连通，所述的总管道从大坝的上游铺向大坝的下游，在所述的总管道的上游段和下游段分别设有充水阀和泄水阀；

所述的钢丝绳卷扬提升机构由同轴安装在矩形同步驱动轴上的钢丝绳卷筒、设在所述平衡重浮筒上的动滑轮、设在所述浮筒竖井上端的均衡油缸和钢丝绳组成，所述钢丝绳的一端固定在均衡油缸的活塞杆上，另一端绕过所述的动滑轮、钢丝绳卷筒与承船厢相接；

所述的充水阀和泄水阀均采用智能控制阀，它主要由阀门主体和阀门控制盒构成，所述的阀门控制盒上设有阀门开关量和模拟量的检测端子及阀门开关量和模拟量的控制端子；

所述的充水阀和泄水阀分别由充水阀PLC控制器和泄水PLC控制器控制；

所述充水阀的开关量检测端子和模拟量检测端子分别与充水阀PLC控制器的开关量输入端口和模拟量输入端口对应相接，所述充水阀门的开关量控制端子和模拟量控制端子分别与所述充水阀PLC控制器的开关量输出端口和模拟量输出端口对应相接；

所述泄水阀门的开关量检测端子和模拟量检测端子分别与泄水阀PLC控制器的开关量输入端口和模拟量输入端口对应相接，所述泄水阀的开关量控制端子和模拟量控制端子分别与泄水PLC控制器的开关量输出端口和模拟量输出端口对应相接；

在所述充水阀的前、后两端分别设有充水阀前压力检测器和充水阀后压力检测器，在所述充水阀前的总管道中设有一个充水流量计；所述的充水阀前压力检测器、充水阀后压力检测器和充水流量计的信号输出端与充水阀PLC控制器的模拟量输入端口相接；

在所述泄水阀的前、后两端也分别设有泄水阀前压力检测器和泄水阀后压力检测器，在所述泄水阀前的总管道中设有一个泄水流量计；所述的泄水阀前压力检测器、泄水阀后压力检测器和泄水流量计的信号输出端与泄水阀PLC控制器的模拟量输入端口相接。

本发明进一步改进的技术方案如下：

所述的充水阀门由一个主充水阀门和两个辅充水阀门组成，并且所述安装充水阀门的总管道处设有一个与总管道前后连通的三叉管，在所述三叉管的中路管中安装所述的主充水阀门，在其两叉管中分别安装辅充水阀门；所述的泄水阀门也由一个主泄水阀门和两个辅泄水阀门组成，并且所述安装泄水阀门的总管道处也设有一个与总管道前后连通的三叉管，在所述三叉管的中路管中安装所述的主泄水阀门，在其两叉管中分别安装辅泄水阀门。

在所述各浮筒竖井的岸上设有浮筒锁定装置，该浮筒锁定装置包括四个销杆锁定器，该四个销杆锁定器沿浮筒的周向均匀布置，并在所述浮筒的上端对应于四个销杆锁定器的位置均设有一个浮筒锁销孔；所述的销杆锁定器包括一个浮筒锁销、驱动电机、减速器和一个齿轮齿条机构，所述驱动电机的输出轴与减速器的输入轴相联，减速器的输出轴与齿轮齿条机构中齿轮相联，所述的齿条固联在浮筒锁销上。

本发明的特点如下：

一、本发明的各浮筒竖井通过一个等惯量输水管系与总管道连通，可以确保各浮筒竖井的水位随着总管道中充、泄水量的变化而同时上升或下降，从而保证了各浮筒的同步运行，再者，本发明在各钢丝绳卷扬提升机构中增加了一个均衡油缸，这样可以使各钢丝绳对承船厢的拉力完全调整为一致，从而保证了各卷扬筒的拉力均衡。

二、本发明的充、泄水阀均选用了目前最先进的智能控制阀，阀体自身带有智能控制盒，可以进行自身动作状态及故障的检测，本发明分别用充水阀PLC控制器和泄水阀PLC控制器来控制充、泄水阀的充水流量和泄水流量，并形成了检测与控制的闭环控制系统，使充、泄水流量的控制精确度高，使承船厢的升、降平稳、停位精确。为了使承船厢的升、降更加平稳和停位更加精准，本发明的充、泄水阀采用一主两辅的结构形式，即在主水量确定的情况下用两个辅阀进行微量调整，使充、泄水的流量更加容易控制和精确度更高。

三、为了便于升船机的安装、调试和检修，本发明设有浮筒锁定装置，当浮筒锁定时，其浮筒锁销承担浮筒的全部重量，这时，钢丝绳卷扬提升机构中的均衡油缸、动滑轮、钢丝绳、卷筒及矩形同步驱动轴不再承受浮筒和承船厢的重力，可以方便进行浮筒加水、钢丝绳长度调整、矩形轴解裂等维护及检修工作。

四、本发明提供了一套完善的水力驱动式升船机的水力驱动系统，使其达到了实际应用的程度，实现了水力驱动式升船机平稳、可靠的运行。

附图说明

图1是本发明整体结构的俯视示意图。

图2是图1的A-A面结构示意图。

图3是图1的B-B面结构示意图。

图4是充水阀PLC控制器的原理图。

图5是一主两辅充水阀的结构示意图。

图6是一主两辅泄水阀的结构示意图。

图7是浮筒锁定装置的布局图(俯视图)。

图8是销杆锁定器的结构示意图。

具体实施方式

参见图1～3，它具有一个承船厢垂直升降运行通道1，该承船厢垂直升降运行通道1与大坝30垂直布置(如图1所示)，在承船厢垂直升降运行通道1的两侧设有轴对称的两排浮筒竖井2，本例共设有十六个浮筒竖井，一排设有八个，所述各浮筒竖井2的下端通过等惯量输水管系与一个总管道3连通，所述的等惯量输水管系是为了保证十六个竖井中的水位在充、泄水时同时上升或下降，该输水管系是这样设置的：首先用管道27将各浮筒竖井2的底部横向连通，然后按照一分二、二分四的分管原则，先将总管道3水平分成左、右两岸总管，左、右两岸总管再水平分成前、后两路分管，然后在前、后两路分管的两个端头分别设置竖向总管28，然后竖向总管28再一分二、二分四通向各浮筒竖井的底端；所述的总管道3从大坝30的上游铺向大坝的下游(如图3所示)，在所述的总管道3的上游段3-1和下游段3-2设有充水阀11和泄水阀12，在所述的各浮筒竖井中设有一个平衡重浮筒4，即在浮筒中装入平衡重块(如铅块)和水；为使各平衡重浮筒4与承船厢10之间形成一个动平衡系统，在所述承船厢垂直升降运行通道1顶部通过轴架5架设一个矩形同步驱动轴6，在所述的各平衡重浮筒4与矩形同步驱动轴6和承船厢10之间各设有一个钢丝绳卷扬提升机构，所述的钢丝绳卷扬提升机构由设在矩形同步驱动轴6上的钢丝绳卷筒7、设在所述平衡重浮筒4上的动滑轮8、设在所述浮筒竖井2上端的均衡油缸9和钢丝绳17组成，所述钢丝绳17的一端固定在均衡油缸9的活塞杆上，另一端绕过所述的动滑轮8、钢丝绳卷筒7与承船厢10相接。通过各平衡重浮筒和钢丝绳的提拉，承船厢与各平衡重浮筒之间形成一个重量平衡；当充水阀11开启时，大坝上游的水顺着总管道3向各浮筒竖井中充水，各平衡重浮筒随着水位的升高同步向上移动，承船厢10随之下降，反之，泄水阀12开启时，各浮筒竖井中的水位随之下降，各平衡重浮筒随水位的下降同步下降，承船厢10随之上升；为了使各钢丝绳卷扬提升机构同步动作，需将各钢丝绳的拉力调为一致，调节各均衡油缸的压力使其一致，即可达到各钢丝绳拉力相同的目的。如果承船厢发生漏水，即发生漏水部位的重量减轻，对应该部位的平衡重浮筒会相应下浮而自动调整其平衡，不会因承船厢漏水而发生安全事故，这一点比电力驱动系统优越。

参见图3，所述的充水阀11和泄水阀12均采用智能控制阀，这种智能控制阀是国外的成熟产品，型号为RIKO SZ系列，它能快速、顺畅和高精度控制通过阀门的水流量。下面以充水阀为例说明，参见图4，它主要由阀门主体11-1和阀门控制盒11-2组成，所述的阀门控制盒上设有阀门开关量检测和模拟量检测端子11-21、11-22和阀门开关量和模拟量控制端子11-23、11-24；该阀门由一个充水阀PLC控制器20控制，所述充水阀的开关量检测端子和模拟量检测端子分别与充水PLC控制器的开关量输入端口和模拟量输入端口对应相接，所述充水阀的开关量控制端子和模拟量控制端子分别与所述充水PLC控制器的开关量输出端口和模拟量输出端口对应相接；通过检测端子可向PLC控制器20输入“阀门状态和阀门故障”等检测信号，通过控制端子PLC控制器20可以向阀门输入“阀门开启、关闭及开度大小”等控制信号；该阀门由驱动电机11-3驱动其阀芯转动，以实现阀门开启和关闭等动作。为了更精确地控制阀门的流量，除了上述阀门自身的检测信号外，本系统增加了以下检测器：即在所述充水阀的前、后两端分别设有充水阀前压力检测器13和充水阀后压力检测器14，在充水阀前的总管道中设有一个充水流量计18；所述的充水阀前压力检测器13、充水阀后压力检测器14和充水流量计18的信号输出端与充水阀PLC控制器的模拟量输入端口相接。所述充水阀PLC控制器20根据上述阀门自身检测端子给出的信号来判断阀门是否工作正常，同时，根据上述压力检测传感器13、14及流量计18给出的检测信号来确定阀门的开度大小，然后通其输出端口输出阀门的控制信号送入阀门控制盒相应的控制端子，阀门控制盒11-2根据输入的控制信号控制阀门的开启、关闭及开度大小等。

参见图5，为了更精确地对充水量进行控制，所述的充水阀门11由一个主充水阀门11A和两个辅充水阀门11B、11C组成，并且所述安装充水阀门的总管道处设有一个与总管道3前后连通的三叉管，在所述三叉管的中路管中安装所述的主充水阀门11A，在其两侧的分叉管中分别安装辅充水阀门11B、11C；通过对这三个阀门不同开度的控制，实现对充水流量的高精度控制。该三个阀门的控制均由所述的充水阀PLC控制器20控制，并且所述三个充水阀11A、11B、11C前后两端的压力检测器分别设置，即在充水阀11A、11B、11C的前端设置阀前压力检测器13-1、13-2、13-3，在它们的后端设置阀后压力检测器14-1、14-2、14-3，充水流量计仍采用一个流量计18，它仍设置在所述充水阀前的总管道3中。图中的件号22是检修排水管，检修时，用它将阀中的水排空。

参见图3、6，如果充水阀11采用一主两辅的结构，所述的泄水阀门12应与充水阀的结构相对应，它也由一个主泄水阀门12A和两个辅泄水阀门12B、12C组成，并且所述三个泄水阀的前后两端分别设有泄水阀前压力检测器15-1、15-2、5-3和泄水阀后压力检测器16-1、16-2、16-3，在所述泄水阀门12的前总管道3中设有一个泄水流量计19。该三个泄水阀均由所述的泄水PLC控制器21控制，其控制过程与充水阀门相同。图中件号23是检修排水管，并在该检修排水管上安有一个水泵24，由于泄水阀位于下游，检修时，需用水泵将阀前管道中的水抽干。

参见图7，在所述每个浮筒竖井2的岸上均设有一个浮筒锁定装置，该浮筒锁定装置包括四个销杆锁定器25，该四个销杆锁定器沿浮筒4的周向均匀布置，并在所述浮筒4的上端对应于四个销杆锁定器25的位置均设有一个浮筒锁销孔。

参见图8，所述的销杆锁定器25包括一个浮筒锁销25-1、驱动电机25-2、减速器25-3和一个齿轮齿条机构25-4，所述驱动电机的输出轴与减速器的输入轴相联，减速器的输出轴25-5与齿轮齿条机构25-4中齿轮相联，所述的齿条固联在浮筒锁销25-1上。通过控制驱动电机25-2的正转与反转，可驱动齿轮齿条机构25-4动作，该齿轮齿条机构将驱动电机的旋转运动转换成直线运动，从而带动浮筒锁销25-1沿其轴向前、后移动。当浮筒锁销25-1前移时，即图8中虚线所示的位置，其前端即伸入浮筒锁销孔4-1中，实现锁定，反之，即为解锁。再参见图7，所述的浮筒锁定装置是一个自动控制装置，即在每两个浮筒之间设有一个浮筒锁定PLC控制器26，再参见图8，在各销杆锁定器上设有销杆行程接近开关25-6。由浮筒锁定PLC控制器26给出电机的正转或反转信号，当电机驱动浮筒锁销锁定或解锁到位时，由所述的接近开关25-6给出相应的锁定或解锁到位信号，则电机停止转动。

再参见图2，在升船机处于安装、调试、阶段装换或检修状态时，都需要锁定浮筒，锁定浮筒时，控制系统向浮筒竖井2中充水，使浮筒浮至高位，随之承船厢下降到底，然后再实施浮筒锁定。

Claims (3)

1.一种水力驱动式升船机的水力驱动系统，它具有一个承船厢垂直升降运行通道(1)，在该承船厢垂直升降运行通道的两侧设有轴对称的两排浮筒竖井(2)，在所述的各浮筒竖井中设有一个平衡重浮筒(4)，在所述承船厢垂直升降运行通道(1)顶部设有一个矩形同步驱动轴(6)，在所述的各平衡重浮筒与矩形同步驱动轴和承船厢之间各设有一个钢丝绳卷扬提升机构，其特征是：

所述各浮筒竖井(4)的下端通过等惯量输水管系与一个总管道(3)连通，所述的总管道(3)从大坝(30)的上游铺向大坝的下游，在所述的总管道(3)的上游段(3-1)和下游段(3-2)分别设有充水阀(11)和泄水阀(12)；

所述的钢丝绳卷扬提升机构由同轴安装在矩形同步驱动轴(6)上的钢丝绳卷筒(7)、设在所述平衡重浮筒(4)上的动滑轮(8)、设在所述浮筒竖井(2)上端的均衡油缸(9)和钢丝绳(17)组成，所述钢丝绳(17)的一端固定在均衡油缸(9)的活塞杆上，另一端绕过所述的动滑轮(8)、钢丝绳卷筒(7)与承船厢(10)相接；

所述的充水阀(11)和泄水阀(12)均采用智能控制阀，它主要由阀门主体和阀门控制盒构成，所述的阀门控制盒上设有阀门开关量和模拟量的检测端子及阀门开关量和模拟量的控制端子；

所述的充水阀(11)和泄水阀(12)分别由充水阀PLC控制器(20)和泄水PLC控制器(21)控制；

所述充水阀(11)的开关量检测端子(11-21)和模拟量检测端子(11-22)分别与充水阀PLC控制器(20)的开关量输入端口和模拟量输入端口对应相接，所述充水阀门的开关量控制端子(11-23)和模拟量控制端子(11-24)分别与所述充水阀PLC控制器(20)的开关量输出端口和模拟量输出端口对应相接；

所述泄水阀门(12)的开关量检测端子和模拟量检测端子分别与泄水阀PLC控制器(21)的开关量输入端口和模拟量输入端口对应相接，所述泄水阀的开关量控制端子和模拟量控制端子分别与泄水PLC控制器(21)的开关量输出端口和模拟量输出端口对应相接；

在所述充水阀(11)的前、后两端分别设有充水阀前压力检测器(13)和充水阀后压力检测器(14)，在所述充水阀前的总管道中设有一个充水流量计(18)；所述的充水阀前压力检测器(13)、充水阀后压力检测器(14)和充水流量计(18)的信号输出端与充水阀PLC控制器(20)的模拟量输入端口相接；

在所述泄水阀(12)的前、后两端也分别设有泄水阀前压力检测器(15)和泄水阀后压力检测器(16)，在所述泄水阀前的总管道中设有一个泄水流量计(19)；所述的泄水阀前压力检测器(15)、泄水阀后压力检测器(16)和泄水流量计(19)的信号输出端与泄水阀PLC控制器(21)的模拟量输入端口相接。

2.根据权利要求1所述的水力驱动式升船机的水力驱动系统，其特征是：所述的充水阀门(11)由一个主充水阀门(11A)和两个辅充水阀门(11B、11C)组成，并且所述安装充水阀门的总管道处设有一个与总管道前后连通的三叉管，在所述三叉管的中路管中安装所述的主充水阀门(11A)，在其两叉管中分别安装辅充水阀门(11B、11C)；所述的泄水阀门(12)也由一个主泄水阀门(12A)和两个辅泄水阀门(12B、12C)组成，并且所述安装泄水阀门的总管道处也设有一个与总管道前后连通的三叉管，在所述三叉管的中路管中安装所述的主泄水阀门(12A)，在其两叉管中分别安装辅泄水阀门(12B、12C)。

3.根据权利要求1或2所述的水力驱动式升船机的水力驱动系统，其特征是：在所述各浮筒竖井的岸上设有浮筒锁定装置，该浮筒锁定装置包括四个销杆锁定器(25)，该四个销杆锁定器沿浮筒(4)的周向均匀布置，并在所述浮筒(4)的上端对应于四个销杆锁定器(25)的位置均设有一个浮筒锁销孔；所述的销杆锁定器(25)包括一个浮筒锁销(25-1)、驱动电机(25-2)、减速器(25-3)和一个齿轮齿条机构(25-4)，所述驱动电机的输出轴与减速器的输入轴相联，减速器的输出轴(25-5)与齿轮齿条机构(25-4)中齿轮相联，所述的齿条固联在浮筒锁销(25-1)上。

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