CN104775411A - 水力浮动式升船机及其同步系统侧向倾覆稳定性判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力浮动式升船机同步系统及其侧向倾覆稳定性判别方法，该水力浮动式升船机同步系统为在船厢室设置承船厢，承船厢的水面上漂浮有船，承船厢两侧连接有若干根钢丝绳，每根钢丝绳分别绕过卷筒连接着位于竖井中的浮筒，位于承船厢同侧的卷筒通过同步轴连接。该稳定性判别方法包括如下步骤：建立水力式升船机系统；采集数据；建立水力式升船机系统的力学平衡方程；建立水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件。本发明从理论上提供一种可量化的水力式升船机稳定性判别方法，用于水力式升船机的稳定性定量判别以及为设计升船机的同步系统合理参数的取值提供依据，提高水力式升船机工作的可靠性与可行性。

Description

水力浮动式升船机及其同步系统侧向倾覆稳定性判别方法

技术领域

本发明涉及水力浮动式升船机及其同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，属于稳定性判别方法。

背景技术

水力式升船机是我国自主研发的一种新型的升船机型式，具有机构简单、安全可靠等优越性，在我国高坝通航中具有广阔的应用前景，但在国内外无运行实例，也无经验可以借鉴。

处于平衡状态的物体，由于外界某种微小的作用而偏离了平衡状态，可分为稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡。对于水力浮动升船机系统，同步系统不可避免存在制作误差，以及运行过程中承船厢受到扰动，使得承船厢倾斜，厢内倾斜的水体对承船厢产生倾覆力矩，加剧承船厢的倾斜，承船厢继续倾斜又使该倾覆力矩继续增大，形成不利于升船机运行的恶性循环。一旦水力式升船机承船厢失稳，又不及时采取制动措施，可能使得升船机不能继续投入使用，损失惨重。

目前，针对水力浮动式升船机的抗倾问题，可以通过设置同步系统来减小承船厢的纵向倾斜量，由于水力同步系统和机械同步系统有抵抗承船厢倾斜的作用，认为升船机系统属于稳定平衡范畴。然而还未有一种定量化的方式来判定水力式升船机系统同步系统这种稳定平衡性的性能，根据理论分析给出水力浮动式升船机同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，可进一步提高升船机抗倾斜处理方案的可靠性与可行性，促进水力式升船机的发展。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了水力浮动式升船机及其同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，具体技术方案如下：

水力浮动式升船机，包括承船厢、同步轴、卷筒、钢丝绳、若干个浮筒和两道平行的竖井，

所述两道平行的竖井之间形成船厢室，所述承船厢设置在船厢室内，

所述每道竖井的上方均设置有若干个卷筒，每道竖井上方的卷筒均通过同步轴连接，所述所有的浮筒均匀分布在两道竖井中，

所述每个浮筒分别通过各自的钢丝绳与承船厢连接，所述所有的钢丝绳分别绕过各自对应的卷筒，

所述两道竖井的底部贯通，竖井内水位齐平，同步上升下降，船厢室中的水和大坝下游水位平齐，所述承船厢中装有水，水面上漂浮有船。

所述承船厢呈矩形体形状，所述竖井与承船厢长边平行。

水力浮动式升船机及其同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，包括如下步骤：

(1)建立水力式升船机系统，承船厢通过绕过卷筒的钢丝绳连接位于竖井中的浮筒，钢丝绳拉承船厢悬空在船厢室上方，承船厢与水平线呈α角度倾斜时水力式升船机系统达到平衡状态；

(2)采集承船厢的重量、几何尺寸及厢内水深等数据；

(3)根据静力平衡原理及几何协调条件，分别以承船厢、浮筒、同步轴为研究对象，建立水力式升船机系统的力学平衡方程；

(4)定义升船机倾覆稳定性判别条件，根据步骤(2)的平衡方程，建立水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件F(·)，对于受外力平衡的升船机，若F(·)≥0，升船机系统的平衡状态为不稳定平衡，升船机系统最终会发展到失稳破坏状态；若F(·)<0，升船机系统的平衡状态为稳定平衡。

所述步骤(3)建立水力式升船机的力学平衡方程如下：

由平面力系力和力矩的平衡可知：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Sigma;M}=0& F_2(x_2-x_3)=W_1(x_1-x_3)+W_2(x_2-x_3)\\ \mathrm{\&Sigma;F}=0& F_1+F_2=W_1+W_2\end{array}\right.$

$F_2-F_1=\mathrm{\&Delta;F}=W_1(\frac{h}{L}-\frac{H}{L})\tan \mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&rho;gB}(\frac{h^2}{2}-\mathrm{Hh}+\frac{L^2}{12}+\frac{L^2}{24}{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})\tan \mathrm{\&alpha;}$

由浮力公式及几何协调条件可知：

F₂'-F₁'＝ΔF'＝ρgSΔh

$\mathrm{\&Delta;h}=2L\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}=\mathrm{\&theta;R}=\frac{\mathrm{ML}}{{\mathrm{GI}}_p}R$

由同步轴上矩的平衡可知：

M₁＝f₁R＝(F₁'-F₁)R

M₂＝f₂R＝(F₂'-F₂)R

M₁+M₂＝0

化简得平衡方程： $\mathrm{\&Delta;F}=\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;}\mathrm{gSL}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+2\frac{{\mathrm{GI}}_p}{R^2}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2},$

式中F₁、F₂为两根钢丝绳拉承船厢的拉力，W₁为承船厢重，W₂为厢内水重，x₁-x₃为承船厢重心作用线与F₁作用线的距离，x₂-x₃为厢内水体重心作用线与F₂作用线的距离，L为承船厢长，B为承船厢宽，H为承船厢高，h为承船厢放平时的水深，α为承船厢倾斜角度，F₁'、F₂'为两根钢丝绳拉浮筒的拉力，ρ为水的密度，g为重力加速度，S为浮筒的底面积，Δh为两侧浮筒入水深度差，θ为卷筒相对扭转角，R为卷筒半径，GI_p为同步轴刚度，M_i为第i个卷筒上的扭矩。

所述步骤(4)水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件可定义为承船厢倾覆水体产生的不平衡力与机械同步系统和浮筒承担的不平衡力之差，也即：

$F(\&CenterDot;)=\mathrm{\&Delta;F}-\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;}\mathrm{gSL}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}-2\frac{{\mathrm{GI}}_p}{R^2}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}.$

根据水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件F(·)来判定系统的平衡状态，

若F(·)为负数，值越小，则水力同步系统和机械同步系统提供的抗倾覆力矩越大，承船厢系统越稳定；若F(·)为正数，值越大，则水力同步系统和机械同步系统提供的抗倾覆力矩越难抵抗水的倾覆力矩，承船厢系统偏离平衡状态越远。

本发明针对水力浮动式升船机出现的倾覆问题，从理论上提供一种可量化的水力式升船机稳定性判别方法，用于水力式升船机的稳定性定量判别以及为设计升船机的同步系统合理参数的取值提供依据，提高水力式升船机工作的可靠性与可行性。

由本发明建立的承船厢稳定及破坏的判定条件的方法，可以判定升船机倾斜任意小角度时有没有失稳，定性定量地判定水力式升船机同步系统稳定平衡性的性能，为设计升船机的同步系统参数的合理取值提供依据，提高水力式升船机工作的可靠性与可行性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的A向视图，

图3是本发明实施例一的简化模型示意图，

图4是本发明实施例一的平衡状态及破坏状态判定的空间曲面，

附图标记列表：1—浮筒，2—卷筒，3—钢丝绳，4—承船厢，5—同步轴，6—水，7—船，8—船厢室，9—竖井。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，图2是图1的A向视图，结合这两幅附图可见，本水力浮动式升船机，包括承船厢4、同步轴5、卷筒2、钢丝绳3、若干个浮筒1和两道平行的竖井9，所述两道平行的竖井9之间形成船厢室8，所述承船厢4设置在船厢室8内，所述每道竖井9的上方均设置有若干个卷筒2，每道竖井9上方的卷筒2均通过同步轴5连接，所述所有的浮筒1均匀分布在两道竖井9中，所述每个浮筒1分别通过各自的钢丝绳3与承船厢4连接，所述所有的钢丝绳3分别绕过各自对应的卷筒2，所述两道竖井9内装有水，竖井9的底部贯通，保持两道竖井9内水位同步上升或下降，所述承船厢4中装有水，水面上漂浮有船7。

本水力浮动式升船机同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，包括如下步骤：

(1)建立水力式升船机系统，承船厢通过绕过卷筒的钢丝绳连接位于竖井中的浮筒，钢丝绳拉承船厢悬空在船厢室上方，承船厢与水平线呈α角度倾斜时水力式升船机系统达到平衡状态；

建立简化力学模型的假设条件为：承船厢只发生微量倾斜；不考虑承船厢的变形，按刚性体处理；不考虑船厢的厚度；不考虑卷筒与钢丝绳之间的摩擦；不考虑钢丝绳的伸长；浮筒侧水同步上升；认为船厢几何特性及力学特性完全对称，只考虑船厢纵倾时，考虑一半船厢的受力分析；承船厢在从水平到倾斜是一个平稳缓慢的过程，厢内水体晃动不很明显，可以近似认为承船厢中水体表面始终保持水平。

(2)采集承船厢的重量、几何尺寸及厢内水深等数据；

(3)根据静力平衡原理及几何协调条件，分别以承船厢、浮筒、同步轴为研究对象，建立水力式升船机系统的力学平衡方程；

由平面力系力和力矩的平衡可知：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Sigma;M}=0& F_2(x_2-x_3)=W_1(x_1-x_3)+W_2(x_2-x_3)\\ \mathrm{\&Sigma;F}=0& F_1+F_2=W_1+W_2\end{array}\right.$

$F_2-F_1=\mathrm{\&Delta;F}=W_1(\frac{h}{L}-\frac{H}{L})\tan \mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&rho;gB}(\frac{h^2}{2}-\mathrm{Hh}+\frac{L^2}{12}+\frac{L^2}{24}{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})\tan \mathrm{\&alpha;}$

由浮力公式及几何协调条件可知：

F₂'-F₁'＝ΔF'＝ρgSΔh

$\mathrm{\&Delta;h}=2L\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}=\mathrm{\&theta;R}=\frac{\mathrm{ML}}{{\mathrm{GI}}_p}R$

由同步轴上矩的平衡可知：

M₁＝f₁R＝(F₁'-F₁)R

M₂＝f₂R＝(F₂'-F₂)R

M₁+M₂＝0

化简得平衡方程： $\mathrm{\&Delta;F}=\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;}\mathrm{gSL}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+2\frac{{\mathrm{GI}}_p}{R^2}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2},$

式中F₁、F₂为两根钢丝绳拉承船厢的拉力，W₁为承船厢重，W₂为厢内水重，x₁-x₃为承船厢重心作用线与F₁作用线的距离，x₂-x₃为厢内水体重心作用线与F₂作用线的距离，L为承船厢长，B为承船厢宽，H为承船厢高，h为承船厢放平时的水深，α为承船厢倾斜角度，F₁'、F₂'为两根钢丝绳拉浮筒的拉力，ρ为水的密度，g为重力加速度，S为浮筒的底面积，Δh为两侧浮筒入水深度差，θ为卷筒相对扭转角，R为卷筒半径，GI_p为同步轴刚度，M_i为第i个卷筒上的扭矩。

(4)定义升船机倾覆稳定性判别条件，根据步骤(2)的平衡方程，建立水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件F(·)，对于受外力平衡的升船机，若F(·)≥0，升船机系统的平衡状态为不稳定平衡，升船机系统最终会发展到失稳破坏状态；若F(·)<0，升船机系统的平衡状态为稳定平衡；

水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件可定义为承船厢倾覆水体产生的不平衡力与机械同步系统和浮筒承担的不平衡力之差，也即：

$F(\&CenterDot;)=\mathrm{\&Delta;F}-\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;}\mathrm{gSL}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}-2\frac{{\mathrm{GI}}_p}{R^2}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}.$

根据水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件F(·)来判定系统的平衡状态，

若F(·)为负数，值越小，则水力同步系统和机械同步系统提供的抗倾覆力矩越大，承船厢系统越稳定；若F(·)为正数，值越大，则水力同步系统和机械同步系统提供的抗倾覆力矩越难抵抗水的倾覆力矩，承船厢系统偏离平衡状态越远。

(5)根据水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判定条件，为设计升船机的同步系统参数的合理取值提供依据。

根据水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判定条件，对于任意给定的水力式升船机，在建立好简化模型的基础上，带入参数可以得到升船机刚好稳定时，稳定角度与同步轴参数之间的关系，运用计算机作图可以把这种关系转换成直观的空间曲面或曲线表达形式。

从稳定性判别公式分析，为了减小承船厢倾斜量，可以采取以下措施：控制制造和安装误差，减小同步轴的缝隙取值、适当增大剪切模量、增大同步轴外径、减小同步轴内径、适当减小卷筒半径、适当增加承船厢内水深。

下面以一个具体实施例来说明本发明：

(1)本实施例的升船机结构简化模型的建立如图3所示，水力浮动式升船机承船厢由对称的16根钢丝绳悬吊，绕钢丝绳的卷筒由对称的14根同步轴连接，保持机械同步。本实施例的承船厢质量为673t，高为3.718m，厢内水域长，宽，高分别为67.1m，12m，2.5m，同步轴外直径D为0.8m，内径d为0.68m，刚度为80GPa，卷筒直径4.25m，浮筒底面直径为6.2m，钢丝绳吊点间距中间为10.2m，其余为8.2m。

(2)平衡方程的建立：

由扭矩公式、转角下落的位移协调条件、同步轴的平衡可知：

${\mathrm{\&theta;}}_n=\frac{\left(\underset{i=n+1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{M}_i\right)l_{n+1}}{G_{n+1}{I}_{p(n+1)}},(n=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;7)$

θ₁:θ₂:θ₃:θ₄:θ₅:θ₆:θ₇＝l₂:l₃:l₄:l₅:l₆:l₇:l₈

M₁+M₂+…+M₈＝0

M_n＝(F_n-F_n')R(n＝1,2,…8)

化简得到：

$\frac{F_1-F_1^{\&prime;}}{-G_2{\mathrm{Ip}}_2}=\frac{F_2-F_2^{\&prime;}}{G_2{\mathrm{Ip}}_2-G_3{\mathrm{Ip}}_3}=\frac{F_3-F_3^{\&prime;}}{G_3{\mathrm{Ip}}_3-G_4{\mathrm{Ip}}_4}=\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;=\frac{F_7-F_7^{\&prime;}}{G_7{\mathrm{Ip}}_7-G_8{\mathrm{Ip}}_8}=\frac{F_8-F_8^{\&prime;}}{G_8{\mathrm{Ip}}_8}$

由同步轴刚度分布的对称性从上式得到：

F₁-F₁′＝F₈′-F₈

F₂-F₂′＝F₇′-F₇

F₃-F₃'＝F₆'-F₆

F₄-F₄′＝F₅′-F₅

所以有：F₁+…+F₈＝F₁′+…+F₈′＝W₁+W₂

在浮筒侧，不考虑绳的伸长：

${F^{\&prime;}}_{n+1}=F_n^{\&prime;}={\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}=\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;gS}{\mathrm{\&Delta;h}}^{\&prime;}=\frac{1}{2}\mathrm{\&rho;g}{\mathrm{Sl}}_2\sin \left(\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\right),(n=\mathrm{1,2,3,5,6,7})$

$F_5^{\&prime;}-F_4^{\&prime;}=\frac{l_5}{l_2}{\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}$

得到：

$\begin{array}{cc}{F_1}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}-(3+\frac{l_5}{{2l}_2}){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}& {F_8}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}+(3+\frac{l_5}{{2l}_2}){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{F_2}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}-(2+\frac{l_5}{{2l}_2}){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}& {F_7}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}+(2+\frac{l_5}{{2l}_2}){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{F_3}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}-(1+\frac{l_5}{{2l}_2}){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}& {F_6}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}+(1+\frac{l_5}{{2l}_2}){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{F_4}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}-\frac{l_5}{{2l}_2}{\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}& {F_5}^{\&prime;}=\frac{W_1+W_2}{8}+\frac{l_5}{{2l}_2}{\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}\end{array}$

令： $\frac{F_1-F_1^{\&prime;}}{{-G}_2{\mathrm{Ip}}_2}=\frac{F_2-F_2^{\&prime;}}{G_2{\mathrm{Ip}}_2-G_3{\mathrm{Ip}}_3}=\frac{F_3-F_3^{\&prime;}}{G_3{\mathrm{Ip}}_3-G_4{\mathrm{Ip}}_4}=\frac{F_4-F_4^{\&prime;}}{G_4{\mathrm{Ip}}_4-G_5{\mathrm{Ip}}_5}=k$

由平面力系力矩的平衡方程∑M₀＝0可得：

F₁x′_A+F₂x′_H+F₃x′_I+F₄x′_J+F₅x′_K+F₆x′_L+F₇x′_M+F₈x′_B＝W₁x′_C+W₂x′_D

从而求出：

$k=\frac{W_1{x}_C^{\&prime;}+W_2{x}_D^{\&prime;}-(W_1+W_2)H\sin \mathrm{\&alpha;}}{[l_5{G}_5{\mathrm{Ip}}_5+{2l}_2(G_2{\mathrm{Ip}}_2+G_3{\mathrm{Ip}}_3+G_4{\mathrm{Ip}}_4)]\cos \mathrm{\&alpha;}}-\frac{({28l}_2+{12l}_5+{{2l}_5}^2/l_2){\mathrm{\&Delta;F}}^{\&prime;}}{l_5{G}_5{\mathrm{Ip}}_5+{2l}_2(G_2{\mathrm{Ip}}_2+G_3{\mathrm{Ip}}_3+G_4{\mathrm{Ip}}_4)}$

式中F_i为第i根钢丝绳对承船厢的拉力；F_i'为第i根钢丝绳对浮筒的拉力；Δh为两侧浮筒入水深度差，θ_i为第i个卷筒相对扭转角；R为卷筒半径；G_iI_pi为第i个同步轴的扭转刚度；M_i为第i个卷筒上的扭矩；ΔF'为浮筒侧相邻钢丝绳拉力的差值。

(3)稳定判定条件

由几何协调关系有：

$\mathrm{\&Delta;h}=2({6l}_2+l_5)\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}=\left(\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&theta;}}_i\right)R+{\mathrm{\&Delta;h}}_0={\mathrm{kR}}^2({6l}_2+l_5)+{\mathrm{\&Delta;h}}_0$

式中Δh₀为同步轴传动间隙，Δh为船厢总的倾斜量。

则稳定判别公式为：

$F(\&CenterDot;)=\frac{1}{2}{\mathrm{kR}}^2+\frac{{\mathrm{\&Delta;h}}_0}{2l}-\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}$

(4)当同步轴的剪应力达到允许切应力，也即τ≥[τ]时，同步轴发生剪切破坏。由几何关系得到同步轴上剪应力为：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\mathrm{GD}[2({6l}_2+l_5)\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}-{\mathrm{\&Delta;h}}_0]}{2R({6l}_2+l_5)}$

根据同步轴剪应力公式及稳定判定条件得到极限状态和稳定状态倾斜角度与同步轴传动缝隙取值和同步轴刚度的关系如图4所示：

(1)可以得到船厢稳定时的倾斜角度：在水深为2.5m的情况下，同步轴传动缝隙为1cm时，承船厢稳定时的倾斜角度为0.0102°，相应的船厢纵向倾斜量为11.95mm；同步轴传动缝隙为5cm时，承船厢稳定时的倾斜角度为0.0507°，相应的船厢纵向倾斜量为59.38mm。

(2)根据实际情况下实施例系统倾斜角度，可判断出实施例系统处于稳定或失稳状态：如处在图4极限状态曲面上方，则可认为该系统同步轴已经发生剪切破坏；若处在图4极限状态曲面的下方，则该系统还没有达到极限状态，且最终会发展到稳定状态的曲面。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要保护的范围之内。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.水力浮动式升船机，其特征是包括承船厢、同步轴、卷筒、钢丝绳、若干个浮筒和两道平行的竖井，

所述两道平行的竖井之间形成船厢室，所述承船厢设置在船厢室内，

所述每道竖井的上方均设置有若干个卷筒，每道竖井上方的卷筒均通过同步轴连接，所述所有的浮筒均匀分布在两道竖井中，

所述每个浮筒分别通过各自的钢丝绳与承船厢连接，所述所有的钢丝绳分别绕过各自对应的卷筒，

所述两道竖井的底部贯通，竖井内水位齐平，同步上升下降，船厢室中的水和大坝下游水位平齐，所述承船厢中装有水，水面上漂浮有船。

2.根据权利要求1所述的水力浮动式升船机，其特征是所述承船厢呈矩形体形状，所述竖井与承船厢长边平行。

3.根据权利要求2所述的水力浮动式升船机，其特征是所述承船厢与水平线倾斜。

4.如权利要求1—3任一所述的水力浮动式升船机及其同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，其特征是包括如下步骤：

(1)建立水力式升船机系统，承船厢通过绕过卷筒的钢丝绳连接位于竖井中的浮筒，钢丝绳拉承船厢悬空在船厢室上方，承船厢与水平线呈α角度倾斜时水力式升船机系统达到平衡状态；

(2)采集承船厢的重量、几何尺寸及厢内水深等数据；

(3)根据静力平衡原理及几何协调条件，分别以承船厢、浮筒、同步轴为研究对象，建立水力式升船机系统的力学平衡方程；

(4)定义升船机倾覆稳定性判别条件，根据步骤(3)的平衡方程，建立水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件F(·)，对于受外力平衡的升船机，若F(·)≥0，升船机系统的平衡状态为不稳定平衡，升船机系统最终会发展到失稳破坏状态；若F(·)<0，升船机系统的平衡状态为稳定平衡。

5.根据权利要求4所述的水力浮动式升船机同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，其特征是所述步骤(3)建立水力式升船机的力学平衡方程如下：

由平面力系力和力矩的平衡可知：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&Sigma;M}=0& F_2(x_2-x_3)=W_1(x_1-x_3)+W_2(x_2-x_3)\\ \mathrm{\&Sigma;F}=0& F_1+F_2=W_1+W_2\end{array}\right.$

$F_2-F_1=\mathrm{\&Delta;F}=W_1(\frac{h}{L}-\frac{H}{L})\tan \mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&rho;gB}(\frac{h^2}{2}-\mathrm{Hh}+\frac{L^2}{12}+\frac{L^2}{24}{\tan }^2\mathrm{\&alpha;})\tan \mathrm{\&alpha;}$

由浮力公式及几何协调条件可知：

F₂'-F₁'＝ΔF'＝ρgSΔh

$\mathrm{\&Delta;h}=2L\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}=\mathrm{\&theta;R}=\frac{\mathrm{ML}}{{\mathrm{GI}}_p}R$

由同步轴上矩的平衡可知：

M₁＝f₁R＝(F₁'-F₁)R

M₂＝f₂R＝(F₂'-F₂)R

M₁+M₂＝0

化简得平衡方程： $\mathrm{\&Delta;F}=\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;}\mathrm{gSL}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}+2\frac{{\mathrm{GI}}_p}{R^2}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2},$

式中F₁、F₂为两个钢丝绳拉承船厢的拉力，W₁为承船厢重，W₂为厢内水重，x₁-x₃为承船厢重心作用线与F₁作用线的距离，x₂-x₃为厢内水体重心作用线与F₂作用线的距离，L为承船厢长，B为承船厢宽，H为承船厢高，h为承船厢放平时的水深，α为承船厢倾斜角度，F₁'、F₂'为两根钢丝绳拉浮筒的拉力，ρ为水的密度，g为重力加速度，S为浮筒的底面积，Δh为两侧浮筒入水深度差，θ为卷筒相对扭转角，R为卷筒半径，GI_p为同步轴刚度，M_i为第i个卷筒上的扭矩。

6.根据权利要求4所述的水力浮动式升船机同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，其特征是所述步骤(4)水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件可定义为承船厢倾覆水体产生的不平衡力与机械同步系统和浮筒承担的不平衡力之差，也即：

$F(\&CenterDot;)=\mathrm{\&Delta;F}-\frac{1}{4}\mathrm{\&rho;}\mathrm{gSL}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}-2\frac{{\mathrm{GI}}_p}{R^2}\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}.$

7.根据权利要求6所述的水力浮动式升船机同步系统侧向倾覆稳定性判别方法，其特征在是根据水力浮动式升船机侧向倾覆稳定性判别条件F(i)来判定系统的平衡状态，

若F(·)为负数，值越小，则水力同步系统和机械同步系统提供的抗倾覆力矩越大，承船厢系统越稳定；若F(·)为正数，值越大，则水力同步系统和机械同步系统提供的抗倾覆力矩越难抵抗水的倾覆力矩，承船厢系统偏离平衡状态越远。