CN106441071A - 一种升船机同步轴间隙测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种升船机同步轴间隙测量方法，在各同步轴上布置扭矩仪实时测量同步轴扭矩值，在各卷筒外径边缘布置独立固定指针标记卷筒转动，通过船厢调平系统使船厢分别向上游和向下游两次相反的纵向倾斜，每次倾斜至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止，记录两次倾斜各同步轴扭矩及各卷筒的转动距离，根据同步轴扭矩变化值计算相邻卷筒的相对转动距离，利用相邻卷筒转动距离的实测值减去根据同步轴扭矩变化的计算值，即得到了同步轴的间隙值。采用本测量方法，可以精确得到所有同步轴的间隙值，为升船机安全运行管理提供科学依据。

Description

一种升船机同步轴间隙测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量方法，具体是一种升船机同步轴间隙测量方法，属于工程测量领域。
背景技术
升船机是一种技术较成熟且具有一定优势的通航建筑物，具有适应水头高、过坝速度快、耗水量小等突出特点，在我国高坝通航中得到了广泛应用和飞速发展。升船机有多种形式，当前工程常采用的类型有钢丝绳卷扬垂直提升式、齿轮齿条爬升式、水力式等，相应具有代表性的工程如：乌江构皮滩钢丝绳卷扬式升船机，单级最大提升高度127m；三峡长螺母柱短螺杆齿轮齿条爬升式升船机，最大提升高度113m；景洪水力式升船机，最大提升高度约67m。无论哪种形式的升船机，尽管驱动形式不同，但都是通过船厢作为船舶的载体，上下运行载船过坝。
对于钢丝绳卷扬式和水力式两类升船机，在船厢两侧的塔柱顶部会设置两排卷筒，钢丝绳缠绕其上，一端与船厢相连，另一端与平衡重相连，在驱动机构作用下，卷筒转动带动船厢升降运行，实现船舶过坝。船厢两侧布置多组钢丝绳，与之对应有多个卷筒对称布置于顶部，如常见的每侧8个卷筒，共16个卷筒，多个卷筒转动的同步性非常重要，若存在偏差会引起局部钢丝绳受力偏大或偏小，甚至引起船厢倾斜，因此，为了确保多个卷筒运转的同步性，在各卷筒之间设置同步轴，使各卷筒同步运转，以保证船厢平稳运行。
相邻两卷筒与中间的同步轴通过联轴器连接，常见的如鼓形齿联轴器，受加工、安装等综合误差影响，同步轴与卷筒之间会或多或少存在一定间隙，间隙过大会导致同步轴同步性变差，同时易引起船厢发生大的倾斜，因为，在船厢发生倾斜的时候，船厢内水体产生倾斜力矩，倾斜力矩需要由同步轴承担，若同步轴存在较大间隙，则需要先克服间隙，然后才能发挥抗倾作用，但在消除间隙的过程中，船厢倾斜加剧，倾斜力矩进一步增大会导致船厢瞬间快速倾斜而失稳，因此，同步轴间隙对其工作特性影响很大，升船机调试过程中有必要掌握同步系统间隙的大小及分布。然而，每根同步轴与卷筒间的间隙受加工、安装等综合误差影响大小不一，到目前尚没有可行的方法进行测量，在实际工程中，往往仅知道同步系统存在间隙，但无法获得间隙的大小和分布，以至于对工程运行安全缺乏重要的判断依据，如景洪升船机，因同步轴间隙导致船厢倾斜失稳，无法正常运行。因此，目前迫切需要提出一种升船机同步轴间隙测量方法，能够准确获得同步系统间隙的大小和分布，为升船机安全运行、管理提供科学依据。
发明内容
本发明即针对升船机同步轴间隙测量的不足，提出一种升船机同步轴间隙测量方法，实现同步轴间隙的精确测量。
本发明达到上述目的的技术方案是：一种升船机同步轴间隙测量方法，通过以下步骤得到同步轴间隙：
(1)在升船机所有同步轴上布置扭矩仪，实时测量各同步轴的扭矩；
(2)在升船机所有卷筒外径边缘布置独立固定的指针，通过标示测量卷筒的转动距离；
(3)通过船厢调平系统使船厢一端上升或下降，人为产生纵向倾斜，船厢内水体产生纵向倾斜力矩，同步轴发生扭转产生抗倾作用，当船厢纵向倾斜至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，此时，同步轴往一侧转动的间隙已全部被克服，记录所有同步轴扭矩，在各卷筒外径边缘指针所指的位置做标记；
(4)再利用船厢调平系统使船厢纵向反向倾斜，船厢产生与之前相反的倾斜力矩，同步轴发生反向扭转以抵抗船厢倾斜，当船厢纵向倾斜至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，此时，同步轴往另一侧转动的间隙已全部被克服，记录所有同步轴扭矩，在各卷筒外径边缘指针所指的位置做标记；
(5)用刻度尺测量各卷筒外径边缘上两个标记之间的弧长，即为船厢两次倾斜各卷筒的转动距离，将每相邻的两个卷筒的转动距离相减，即为每相邻卷筒的相对转动距离；
(6)将各同步轴两次记录的扭矩值相减，即获得船厢两次倾斜各同步轴扭矩的变化值，利用同步轴材料参数和几何尺寸计算获得每根同步轴的扭转角度，然后根据扭转角度计算相应的其两侧卷筒的相对转动距离；
(7)直接测量的卷筒相对转动距离中包含了同步轴的间隙和扭转，而同步轴扭矩换算得到的相对转动距离仅为同步轴的扭转，二者绝对值之差即得到了同步轴的间隙值。
一种升船机同步轴间隙测量方法，测量同步轴间隙过程具体计算公式如下：
(1)卷筒数量为n，按顺序将卷筒编号为1～n，每两个相邻卷筒i、j间的同步轴编号为i-j，该同步轴的长度为Li-j，该同步轴的极惯性矩为Ii-j，同步轴的剪切模量为G，卷筒的半径为R；
(2)船厢首次向一端纵向倾斜，至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，记录各同步轴扭矩为Ti-j，船厢反向另一端纵向倾斜，至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，记录各同步轴扭矩为Ti-j’，测量各卷筒的转动距离，相邻两卷筒i、j转动距离分别为Ai、Aj，相对转动距离为Ai-Aj，船厢两次倾斜扭矩的变化值为Ti-j’-Ti-j，则同步轴i-j的扭转角度为(Ti-j’-Ti-j)Li-j/(GIi-j)，则根据扭矩变化计算得到相邻卷筒i、j的相对转动距离为sin((Ti-j’-Ti-j)Li-j/(GIi-j))R；
(3)同步轴i-j的间隙值为直接测量的卷筒相对转动距离与扭矩变化计算的卷筒相对转动距离绝对值之差：|Ai-Aj|-|sin((Ti-j’-Ti-j)Li-j/(GIi-j))R|。
所述独立固定的指针不随卷筒转动，指针针尖尽量靠近卷筒外径边缘但不接触。
本发明具有以下优点：
(1)解决了升船机同步轴间隙大小、分布测量难题；
(2)测量可靠且精度高，扭矩仪及指针标示能够保证准确获得同步轴间隙；
(3)操作简单，只需要船厢调平系统将船厢两次倾斜，即可得到所有同步轴的间隙值。
附图说明
附图1为升船机卷筒、同步轴布置示意图；
附图2为船厢倾斜时相邻卷筒、同步轴相对转动示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。
实施例一
景洪水力式升船机，升船机最大提升高度约67m，船厢两侧塔柱顶部对称布置两排卷筒，每排8个，共16个卷筒，每排相邻卷筒之间布置一根同步轴，每排7根，共14根。
附图1为升船机卷筒、同步轴布置示意图，附图2船厢倾斜时相邻卷筒、同步轴相对转动示意图，图中1为船厢，2为卷筒，3为同步轴，4为钢丝绳，5为扭矩仪，6为指针，7为水体。
同步轴3间隙测量步骤如下：
(1)在升船机所有同步轴3上布置扭矩仪5，能够实时测量各同步轴3的扭矩；
(2)在升船机所有卷筒2外径边缘布置独立固定的指针6，能够通过标示测量卷筒2的转动距离；
(3)通过船厢1调平系统使船厢1一端上升或下降，人为产生纵向倾斜，船厢1内水体7产生纵向倾斜力矩，同步轴3发生扭转产生抗倾作用，当船厢1纵向倾斜至每侧同步轴3均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，此时，同步轴3往一侧转动的间隙已全部被克服，记录所有同步轴3的扭矩，在各卷筒2外径边缘指针6所指的位置做标记；
(4)再利用船厢1调平系统使船厢1纵向反向倾斜，船厢1产生与之前相反的倾斜力矩，同步轴3发生反向扭转以抵抗船厢1倾斜，当船厢1纵向倾斜至两侧同步轴3均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，此时，同步轴3往另一侧转动的间隙已全部被克服，记录所有同步轴3的扭矩，在各卷筒2外径边缘指针6所指的位置做标记；
(5)用刻度尺测量各卷筒2外径边缘上两个标记之间的弧长，即为船厢1两次倾斜各卷筒2的转动距离，将每相邻的两个卷筒2的转动距离相减，即为每相邻卷筒2的相对转动距离；
(6)将各同步轴3两次记录的扭矩值相减，即获得船厢1两次倾斜各同步轴3扭矩的变化值，利用同步轴3材料参数和几何尺寸计算获得每根同步轴3的扭转角度，然后根据扭转角度计算相应的其两侧卷筒2的相对转动距离；
(7)直接测量的卷筒2相对转动距离中包含了同步轴3的间隙和扭转，而同步轴3扭矩换算得到的相对转动距离仅为同步轴3的扭转，二者绝对值之差即得到了两个卷筒2间的间隙值。
测量同步轴间隙具体计算过程如下：
(1)卷筒数量为16，按顺序将卷筒编号为1～16，以1、2两个卷筒为例，两卷筒间的同步轴编号为1-2，该同步轴的长度为L1-2＝4.5m，同步轴的极惯性矩为I1-2＝0.001312m4，同步轴的剪切模量为G＝8×1010Pa，卷筒的半径为R＝2.125m；
(2)船厢首次向下游一端纵向倾斜，至左右两侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，记录各同步轴扭矩，其中T1-2＝-50kNm，船厢反向上游一端纵向倾斜，至左右两侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，记录各同步轴扭矩，其中T1-2’＝60kNm，测量各卷筒的转动距离，其中1、2卷筒转动距离分别为A1＝26mm、A2＝6mm，相对转动距离为A1-A2＝20mm，船厢两次倾斜扭矩的变化值为T1-2’-T1-2＝110kNm，则同步轴1-2的扭转角度为(T1-2’-T1-2)L1-2/(GI1-2)＝0.2696°，则根据扭矩变化计算得到1、2卷筒的相对转动距离为sin((T1-2’-T1-2)L1-2/(GI1-2))R＝10mm；
(3)同步轴1-2的间隙值为直接测量的卷筒相对转动距离与扭矩变化计算的卷筒相对转动距离绝对值之差：|A1-A2|-|sin((T1-2-T1-2)L1-2/(GI1-2))R|＝10mm，则1-2同步轴的间隙为10mm。
其他同步轴的间隙按上述相同计算过程均可获得。
采用本发明准确获得了景洪升船机同步轴间隙，为升船机抗倾斜工作特性分析提供了重要科学依据。

Claims (2)

1.一种升船机同步轴间隙测量方法，其特征在于，通过以下步骤得到同步轴间隙：
(1)在升船机所有同步轴上布置扭矩仪，实时测量各同步轴的扭矩；
(2)在升船机所有卷筒外径边缘布置独立固定的指针，通过标示测量卷筒的转动距离；
(3)通过船厢调平系统使船厢一端上升或下降，人为产生纵向倾斜，船厢内水体产生纵向倾斜力矩，同步轴发生扭转产生抗倾作用，当船厢纵向倾斜至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，此时，同步轴往一侧转动的间隙已全部被克服，记录所有同步轴扭矩，在各卷筒外径边缘指针所指的位置做标记；
(4)再利用船厢调平系统使船厢纵向反向倾斜，船厢产生与之前相反的倾斜力矩，同步轴发生反向扭转以抵抗船厢倾斜，当船厢纵向倾斜至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，此时，同步轴往另一侧转动的间隙已全部被克服，记录所有同步轴扭矩，在各卷筒外径边缘指针所指的位置做标记；
(5)用刻度尺测量各卷筒外径边缘上两个标记之间的弧长，即为船厢两次倾斜各卷筒的转动距离，将每相邻的两个卷筒的转动距离相减，即为每相邻卷筒的相对转动距离；
(6)将各同步轴两次记录的扭矩值相减，即获得船厢两次倾斜各同步轴扭矩的变化值，利用同步轴材料参数和几何尺寸计算获得每根同步轴的扭转角度，然后根据扭转角度计算相应的其两侧卷筒的相对转动距离；
(7)直接测量的卷筒相对转动距离中包含了同步轴的间隙和扭转，而同步轴扭矩换算得到的相对转动距离仅为同步轴的扭转，二者绝对值之差即得到了同步轴的间隙值。
2.一种升船机同步轴间隙测量方法，其特征在于，测量同步轴间隙过程计算公式如下：
(1)卷筒数量为n，按顺序将卷筒编号为1～n，每两个相邻卷筒i、j间的同步轴编号为i-j，该同步轴的长度为Li-j，该同步轴的极惯性矩为Ii-j，同步轴的剪切模量为G，卷筒的半径为R；
(2)船厢首次向一端纵向倾斜，至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，记录各同步轴扭矩为Ti-j，船厢反向另一端纵向倾斜，至每侧同步轴均产生方向一致的扭矩时停止倾斜，记录各同步轴扭矩为Ti-j’，测量各卷筒的转动距离，相邻两卷筒i、j转动距离分别为Ai、Aj，相对转动距离为Ai-Aj，船厢两次倾斜扭矩的变化值为Ti-j’-Ti-j，则同步轴i-j的扭转角度为(Ti-j’-Ti-j)Li-j/(GIi-j)，则根据扭矩变化计算得到相邻卷筒i、j的相对转动距离为sin((Ti-j’-Ti-j)Li-j/(GIi-j))R；
(3)同步轴i-j的间隙值为直接测量的卷筒相对转动距离与扭矩变化计算的卷筒相对转动距离绝对值之差：|Ai-Aj|-|sin((Ti-j’-Ti-j)Li-j/(GIi-j))R|。
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