CN107246458B - 一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重 - Google Patents
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Abstract
一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，属于通航工程布置领域，尤其是一种水力式升船机平衡重，具体的说是一种能减小水力式升船机机械同步轴扭矩的组合式平衡重。包括：钢丝绳，同步轴，卷筒，平衡重吊点，吊点动滑轮，平衡重主浮体，平衡重连接杆，平衡重底部椎体。每个卷筒中间的旋转轴与同步轴通过同步轴离合器相互连接。本发明的优点在于：抵消独立平衡重之间的位移差减小同步轴产生的扭矩；增加了吃水深，改善竖井内水流对平衡重底部的冲击作用，大大简化了机械同步系统的设计，制作工艺简单，施工方便，节省投资。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力式升船机平衡重，具体的说是一种能减小水力式升船机机械同步轴扭矩的组合式平衡重。
背景技术
水力式升船机是完全具有我国自主知识产权的新型升船机，利用水能作为提升动力和安保措施，通过输水管道对竖井充泄水，驱动平衡重浮筒的升降从而带动承船厢升降运行，运行原理见图1。其自动改变平衡重浮筒的淹没深度适应船厢荷载变化的特点，解决了船厢漏水等极端事故状态下升船机的安全问题，与传统升船机相比具有突出的优势。
水力式升船机的各卷筒间通过机械同步轴直接连接，形成机械同步系统，船厢水面波动引起的吊点荷载不均及竖井水位波动引起的出力不均直接作用在同步轴上，因此，船厢水面波动及竖井水位差对机械同步系统的影响十分显著，同步轴系统受力荷载很大，同时由于机械同步系统总长度长，在较小的荷载作用下两端的卷筒发生较大角度的扭转，引起船厢两端倾斜，船厢倾斜后将会进一步引起船厢内水面波动加剧，因此船厢初始水面波动及竖井水位差对水力式升船机机械同步系统布置提出了更高的设计要求。
除了增加同步轴截面积来提高刚度外，传统的机械同步轴分别通过低速减速器和高速减速器与提升卷筒和驱动电机连接，通过减速器降低在机械同步系统上的传递的不平衡荷载，但这种提升系统，由于增加了多台大尺寸的减速机，给整个提升系统的布置带来了难度。
因此，如何经济有效地减小水力式升船机同步轴扭矩、改善其受力条件，提高该型式升船机运行的安全性，是该型升船机推广的重要影响因素。
发明内容
本发明公开一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，用来降低水力式升船机同步轴荷载。
一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，包括：钢丝绳，同步轴，卷筒，平衡重吊点，吊点动滑轮，平衡重主浮体，平衡重连接杆，平衡重底部椎体。每个卷筒中间的旋转轴与同步轴通过同步轴离合器相互连接。
所述的平衡重为单吊点平衡重，单吊点固定在平衡重主浮体顶部，平衡重吊点上固定吊点动滑轮；单吊点平衡重的重心低于浮心；
吊点动滑轮轴沿轴心长度方向的正中间截面与平衡重重心、浮心两点所成直线间距不大于0.2cm，吊点动滑轮轴心所在直线与平衡重重心、浮心两点所成直线间距不大于0.5cm；
所述的平衡重主浮体为圆筒形，圆筒的高与直径比范围为：3：1～6：1，所述的平衡重底部椎体为圆锥体，所述的平衡重底部椎体高为平衡重主浮体高的1/10～1/12；
所述的平衡重主浮体为正长方体，正长方体两个正方形面为水平面，四个长方形面与水平面垂直，所述的平衡重底部锥体为正四棱锥，所述的正四棱锥高为平衡重主浮体高的1/9～1/11；
所述的平衡重连接杆为圆柱型，分为上杆和下杆，上杆固定在平衡重主浮体的上1/3中间位置，下杆固定在平衡重主浮体下1/3中间位置；
所述的平衡重主浮体通过平衡重连接杆两两一对连接；连接在一起的两平衡重主浮体同步运行；
四个平衡重主浮体通过平衡重连接杆固定连接，连接在一起的四个平衡重主浮体同步上下运行；
八个平衡重主浮体通过平衡重连接杆固定连接，连接在一起的八个平衡重主浮体同步上下运行。
所述的平衡重为多吊点平衡重，多吊点均匀地分布在平衡重主浮体顶部，平衡重每个吊点上都固定吊点动滑轮；多吊点平衡重重心低于浮心；
所述的多吊点平衡重上每个吊点动滑轮之间轴心距最大值不超过卷筒直径的万分之一；各吊点动滑轮的轴心夹角不大于0.01度；浮心与重心的连线与吊点动滑轮轴心连线正交，若两直线异面，则其距离不大于多吊点平衡重高度的万分之五；
所述的多吊点平衡重主浮体为长方体，当所述的长方体宽高比小于1时，所述的多吊点平衡重底部锥体为等腰四棱锥；所述的等腰四棱锥高多吊点平衡重主浮体高的1/8～1/10
当所述的长方体宽高比小于1时，所述的多吊点平衡重底部锥体为等腰截角三棱柱；所述的等腰截角三棱柱短棱距矩形底面的距离为多吊点平衡重底部椎体的高度，该高度为平衡重主浮体高度的1/6～1/8。
本发明的优点在于：
(1)组合式的一体化平衡重能够传递、分担和抵消独立平衡重之间的位移差，改善平衡重之间的不同步现象，从而减小同步轴产生的扭矩；
(2)平衡底部采用锥体替换棱柱体增加了吃水深，可以改善竖井内水流对平衡重底部的冲击作用，减小水流对平衡重的横向作用力和回流区水流对平衡重稳定上升的影响，而且间隙之间流速均匀分配，显著减小了平衡重波动；
(3)这种改进平衡重型式的方法不但能有效减小同步轴扭矩，而且避免了传统同步轴配套大尺寸的减速器的复杂流程，大大简化了机械同步系统的设计，制作工艺简单，施工方便，节省投资。
在水力式升船机设计中，保证平衡重的同步上升一直是一项难题，它直接关系到工程的安全运行，而同步轴是平衡重同步上升的保障体系，本项发明结构简单，大大降低了工程投资，提高了工程安全性，具有很好的应用前景。
附图说明
图1水力式升船机整体结构示意图；
图2水力式升船机卷扬系统示意图；
图3单吊点平衡重通过平衡重连接杆两两一对连接示意图；
图4四个单吊点平衡重通过平衡重连接杆固定连接示意图；
图5八个单吊点平衡重通过平衡重连接杆固定连接示意图；
图6多吊点平衡重示意图；
图7多吊点平衡重主浮体和多吊点平衡重底部椎体示意图。
具体实施方式
实施例一
一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，包括：钢丝绳1，同步轴2，卷筒3，平衡重吊点4，吊点动滑轮5，平衡重主浮体6，平衡重连接杆7，平衡重底部椎体8。每个卷筒3中间的旋转轴与同步轴2通过同步轴离合器9相互连接。
如图1所示，所述的平衡重为单吊点平衡重，单吊点4固定在平衡重主浮体6顶部，平衡重吊点4上固定吊点动滑轮5；单吊点平衡重的重心低于浮心；
吊点动滑轮5轴中点截面与平衡重重心、浮心两点所成直线间距不大于0.2cm，吊点动滑轮5轴心所在直线与平衡重重心、浮心两点所成直线间距不大于0.5cm；
所述的平衡重主浮体6为圆筒形，圆筒的高与直径比范围为：3：1～6：1，所述的平衡重底部椎体8为圆锥体，所述的平衡重底部椎体8高为平衡重主浮体6高的1/10。
所述的平衡重连接杆7为圆柱型，分为上杆71和下杆72，上杆71固定在平衡重主浮体6的上1/3中间位置，下杆72固定在平衡重主浮体6下1/3中间位置。
实施例二
一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，包括：钢丝绳1，同步轴2，卷筒3，平衡重吊点4，吊点动滑轮5，平衡重主浮体6，平衡重连接杆7，平衡重底部椎体8。每个卷筒3中间的旋转轴与同步轴2通过同步轴离合器9相互连接。
所述的平衡重主浮体6为正长方体，正长方体两个正方形面为水平面，四个长方形面与水平面垂直，所述的平衡重底部锥体8为正四棱锥，所述的正四棱锥高度为平衡重主浮体6高度的1/11；
所述的平衡重连接杆7为圆柱型，分为上杆71和下杆72，上杆71固定在平衡重主浮体6的上1/3中间位置，下杆72固定在平衡重主浮体6下1/3中间位置。
实施例三
如图3所示，与实施例一相同，其不同在于：平衡重主浮体6通过平衡重连接杆7两两一对连接；连接在一起的两平衡重主浮体6同步运行。
实施例四
如图4所示，与实施例一相同，其不同在于：四个平衡重主浮体6通过平衡重连接杆7固定连接，连接在一起的四个平衡重主浮体6同步上下运行。
实施例五
如图5所示，与实施例二相同，其不同在于，八个平衡重主浮体6通过平衡重连接杆7固定连接，连接在一起的八个平衡重主浮体6同步上下运行。
实施例六
一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，包括：钢丝绳1，同步轴2，卷筒3，平衡重吊点4，吊点动滑轮5，平衡重主浮体6，平衡重底部椎体8。每个卷筒3中间的旋转轴与同步轴2通过同步轴离合器9相互连接。
如图6所示，所述的平衡重为多吊点平衡重，多吊点沿卷筒3轴方向与卷筒3一一对应均匀地分布在平衡重主浮体6顶部，平衡重每个吊点上都固定吊点动滑轮5；多吊点平衡重重心低于浮心；
所述的多吊点平衡重上每个吊点动滑轮5之间轴心距最大值不超过卷筒3直径的万分之一；各吊点动滑轮5的轴心夹角不大于0.01度；浮心与重心的连线与吊点动滑轮5轴心连线正交，若为两直线异面，则其距离不大于多吊点平衡重高度的万分之五；
所述的多吊点平衡重主浮体6为长方体，所述的长方体宽高比小于1，所述的多吊点平衡重底部锥体8为等腰四棱锥；所述的等腰四棱锥高为多吊点平衡重主浮体高的1/8。
实施例七
如图7所示，与实施例六相同，所述的多吊点平衡重主浮体6为长方体，所述的长方体宽高比大于等于1，所述的多吊点平衡重底部锥体为等腰截角三棱柱；所述的等腰截角三棱柱短棱距矩形底面的距离为多吊点平衡重底部椎体的高度，该高度为平衡重主浮体高度的1/6。
Claims (4)
1.一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，包括：钢丝绳，同步轴，卷筒，平衡重吊点，吊点动滑轮，平衡重主浮体，平衡重连接杆，平衡重底部椎体；每个卷筒中间的旋转轴与同步轴通过同步轴离合器相互连接；所述的平衡重为单吊点平衡重，平衡重吊点固定在平衡重主浮体顶部，平衡重吊点上固定吊点动滑轮；单吊点平衡重的重心低于浮心；吊点动滑轮轴沿轴心长度方向的正中间截面与平衡重重心、浮心两点所成直线间距不大于0.2cm，吊点动滑轮轴心所在直线与平衡重重心、浮心两点所成直线间距不大于0.5cm；所述的平衡重主浮体为圆筒形，圆筒的高与直径比范围为：3：1~6：1，所述的平衡重底部椎体为圆锥体，所述的平衡重底部椎体高为平衡重主浮体高的1/10~1/12；所述的平衡重主浮体通过平衡重连接杆两两一对连接；连接在一起的两平衡重主浮体同步运行；所述的平衡重连接杆为圆柱型，分为上杆和下杆，上杆固定在平衡重主浮体的上1/3中间位置，下杆固定在平衡重主浮体下1/3中间位置。
2.根据权利要求1所述的一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，其特点在于：所述的平衡重主浮体为正长方体，正长方体两个正方形面为水平面，四个长方形面与水平面垂直，所述的平衡重底部锥体为正四棱锥，所述的正四棱锥高为平衡重主浮体高的1/9~1/11。
3.根据权利要求1所述一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，其特点在于：四个平衡重主浮体通过平衡重连接杆固定连接，连接在一起的四个平衡重主浮体同步上下运行。
4.根据权利要求1所述的一种减小水力式升船机同步轴扭矩的组合式平衡重，其特点在于：八个平衡重主浮体通过平衡重连接杆固定连接，连接在一起的八个平衡重主浮体同步上下运行。
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