CN111648334B - 一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，属于升船机技术领域；其包括塔柱、承船厢、平衡重、驱动连接结构以及调谐减震机构；所述驱动连接结构包括钢丝绳、设置在塔柱顶端的钢丝支座、设置在塔柱顶端的卷筒以及设置在平衡重上方连接平衡重的动滑轮，所述钢丝绳一端与钢丝支座固定连接，所述钢丝绳另一端先绕设经过动滑轮，再绕设经过卷筒呈S型，最后与承船厢上邻近的一端连接；本发明提供了一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，能够平衡承船厢与平衡重的重量，有效地传递驱动升船机升降的动力，并且能够抑制耗散塔柱的振动能量，防止平衡重晃动幅度过大，保证结构强度与工作稳定性。

Description

一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置

技术领域

本发明涉及一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，属于升船机技术领域。

背景技术

我国是世界上水能资源最丰富的国家，为了综合利用水能资源，需兴建水利枢纽拦蓄河水，以达到防洪、发电、航运、灌溉、养殖等目的；修建水利枢纽后会形成集中的水位落差，为保持航道上下游畅通，帮助船舶克服上下游水位差，需修建相应的通航建筑物，船闸和升船机是两种常见的通航建筑物型式；升船机具有耗水少、提升高度受技术条件限制小、运行速度快等优点，水头越大，其经济技术指标越优，且在解决50m以上枢纽通航和节约水资源方面与船闸相比具有明显优势；

我国西部地区河流众多，水能资源丰富，近年来随着西部开发建设进程的日益加快，一大批高水头水电站已建成，这为高扬程垂直升船机的应用创造了必要条件。地震多、分布广、强度大、灾害重是我国的基本国情，且我国的强震分布呈现出西多东少的突出差异；在水资源丰富的西部地区兴建水利枢纽难以避让高地震区，如何保障水利工程的抗震安全是开展重大水利工程建设的关键问题；

升船机结构具有规模庞大、承受荷载巨大、机械设备运行对结构的变形要求极高、安全可靠性要求极高的特点，但升船机塔柱结构在垂直于河流方向的刚度较顺着河流方向而言要小得多，在垂直于河流方向上的地震荷载作用下，结构易产生较大的位移和应力，容易破坏升船机的结构强度和工作稳定性，安全性也难以得到保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，在平衡重的两侧设有调谐减震装置，能够抑制耗散塔柱的振动能量，防止平衡重晃动幅度过大，保证结构强度与工作稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其包括沿着垂直于河道水流方向设置的塔柱、设置在塔柱内的能够竖向升降的承船厢、对称分设在承船厢两侧的平衡重、用于驱动并连接承船厢和平衡重的驱动连接结构以及设置在平衡重两侧的调谐减震机构；所述驱动连接结构包括钢丝绳、设置在塔柱顶端的钢丝支座、设置在塔柱顶端的卷筒以及设置在平衡重上方连接平衡重的动滑轮，所述钢丝绳一端与钢丝支座固定连接，所述钢丝绳另一端先绕设经过动滑轮，再绕设经过卷筒呈S型，最后与承船厢上邻近的一端连接。

进一步地，所述塔柱顶端设有顶板，所述钢丝支座与卷筒设置在顶板上，所述顶板上设有贯通的能够允许钢丝绳穿过的穿孔、所述穿孔内壁上设有缓冲垫片。

进一步地，所述调谐减震机构包括对称分设在平衡重两侧的弹簧以及设置在弹簧与塔柱内壁之间的导向装置，所述导向装置包括沿着竖向设置在塔柱内壁上的导向滑轨、沿着竖向设置的导向滑板以及多个设置在导向滑轨内能够竖向滑动且与导向滑板转动连接的导向滑轮，所述弹簧一端与平衡重连接，所述弹簧另一端与导向滑板连接，所述弹簧水平布置且轴向垂直于河道水流方向。

进一步地，所述导向滑轨两端设置有防撞限位块。

进一步地，所述平衡重与导向滑板之间还设有阻尼器，所述阻尼器轴向与弹簧轴向平行。

进一步地，所述平衡重经过弹簧和阻尼器作用后沿着垂直于河道水流方向的自振频率为a，所述塔柱沿着垂直于河道水流方向的第一阶自振频率为b，且0.9b≤a≤1.1b。

进一步地，所述平衡重的沿着竖直方向的长度为c，所述塔柱沿着竖向的整体高度为d，且0.02d≤c≤0.2d。

进一步地，所述平衡重在竖向最低处时，底部端面与塔柱底部端面之间的距离为e；所述平衡重处在竖向最高处时，底部端面与塔柱底部端面之间的距离为f，且0.45d≤e≤0.6d，0.75d≤f≤0.9d。

进一步地，所述缓冲垫片在自然伸展状态下，内圈的直径大于钢丝绳的直径。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本技术方案平衡重通过定滑轮与电机驱动的转筒与承船厢连接，平衡了承船厢与平衡重之间的重量，使转筒驱动动力的利用率提升，经济效益更好；

本技术方案设有调谐减震机构能够减小塔柱结构振动的效果，提高升船机结构的抗震能力，保证结构强度与设备运行的安全性；

本技术方案设有弹簧和阻尼器，兼具调谐减震和导向的作用，避免钢丝绳以及平衡重振动摇晃幅度过大，保证设备运行的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置的结构示意图。

标号说明：1-塔柱、2-承船厢、3-平衡重、4-驱动连接结构、5-调谐减震机构、6-钢丝绳、7-钢丝支座、8-卷筒、9-动滑轮、10-顶板、11-穿孔、12-缓冲垫片、13-弹簧、14-导向装置、15-导向滑轨、16-导向滑板、17-导向滑轮、18-防撞限位块、19-阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图所述的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其包括沿着垂直于河道水流方向设置的塔柱1、设置在塔柱内的能够竖向升降的承船厢2、对称分设在承船厢两侧的平衡重3、用于驱动并连接承船厢和平衡重的驱动连接结构4以及设置在平衡重两侧的调谐减震机构5；所述驱动连接结构包括钢丝绳6、设置在塔柱顶端的钢丝支座7、设置在塔柱顶端的卷筒8以及设置在平衡重上方连接平衡重的动滑轮9，所述钢丝绳一端与钢丝支座固定连接，所述钢丝绳另一端先绕设经过动滑轮，再绕设经过卷筒呈S型，最后与承船厢上邻近的一端连接；

转筒由电机或其他机械装置驱动转动，两个平衡重用于平衡承船厢的重量，升船机不工作时，承船厢、两个平衡重、钢丝绳与动滑轮之间的摩擦力以及钢丝绳与转筒之间的摩擦力达到平衡，承船厢与平衡重可以保持在某一位置；需要升船工作时，转筒转动驱动承船厢与平衡重升降，由于承船厢的重量已大致被平衡重平衡，故相当于转筒只需克服升降装置中的摩擦阻力，提高了驱动动力的利用效率，同时平衡重两侧设有调谐减震机构能够起到减少塔柱的振动效果，抑制晃动幅度，保证结构强度与设备运行稳定性，提高经济性。

进一步地，所述塔柱顶端设有顶板10，所述钢丝支座与卷筒设置在顶板上，所述顶板上设有贯通的能够允许钢丝绳穿过的穿孔11、所述穿孔内壁上设有缓冲垫片12；

缓冲垫片由柔性的橡胶等材质制成，能够减弱平衡重通过钢丝绳向动滑轮或卷筒传递的振动，防止钢丝绳直接与穿孔内壁接触造成划伤损坏，保证设备运行的安全性以及驱动动力的传递效率。

进一步地，所述调谐减震机构包括对称分设在平衡重两侧的弹簧13以及设置在弹簧与塔柱内壁之间的导向装置14，所述导向装置包括沿着竖向设置在塔柱内壁上的导向滑轨15、沿着竖向设置的导向滑板16以及多个设置在导向滑轨内能够竖向滑动且与导向滑板转动连接的导向滑轮17，所述弹簧一端与平衡重连接，所述弹簧另一端与导向滑板连接，所述弹簧水平布置且轴向垂直于河道水流方向；

当塔柱在地震或其他地质灾害情况下发生垂直于河流方向的振动时，塔柱会通过驱动连接结构带动平衡重一起振动，平衡重相对塔柱运动产生的惯性力通过弹簧反作用到塔柱上，起到抑制塔柱振动的作用，弹簧还能够耗散平衡重的振动能量，避免平衡重晃动幅度过大对塔柱进行撞击，损坏塔柱，破坏塔柱的结构强度。

一种实施例，所述导向滑轨两端设置有防撞限位块18；

防撞限位块能够防止导向滑轮从导向滑轨内脱离，保证导向装置的运行稳定性。

一种实施例，所述平衡重与导向滑板之间还设有阻尼器19，所述阻尼器轴向与弹簧轴向平行；

阻尼器可采用粘滞液体阻尼器和粘弹性阻尼器，能够和弹簧一起进一步地抑制平衡重的晃动幅度，耗散平衡重的振动能量。

进一步地，所述平衡重经过弹簧和阻尼器作用后沿着垂直于河道水流方向的自振频率为a，所述塔柱沿着垂直于河道水流方向的第一阶自振频率为b，且0.9b≤a≤1.1b；

b可根据升船机的设计图纸计算得出，也可在升船机塔柱结构建成后实地检测得出，得出b后，再挑选劲度系数合适的弹簧，以使平衡重在弹簧作用下的自振频率与塔柱的自振频率相近，能够抵消抑制塔柱的振动，确保结构稳定性与设备运行安全性。

一种实施例，所述平衡重的沿着竖直方向的长度为c，所述塔柱沿着竖向的整体高度为d，且0.02d≤c≤0.2d。

进一步地，所述平衡重在竖向最低处时，底部端面与塔柱底部端面之间的距离为e；所述平衡重处在竖向最高处时，底部端面与塔柱底部端面之间的距离为f，且0.45d≤e≤0.6d，0.75d≤f≤0.9d；

平衡重可采用钢结构或混凝土结构，可以又多个平衡重块组合而成或者采用单个平衡重块，选用合适形状大小的平衡重块，确保平衡重的升降范围在塔柱的中上部，以更好地抑制塔柱的振动，实现更好地减震效果，保证塔柱的结构强度与设备运行稳定性。

进一步地，所述缓冲垫片在自然伸展状态下，内圈的直径大于钢丝绳的直径；

减少钢丝绳与缓冲垫片内圈的接触，减少额外的摩擦力，保证驱动动力的传递效率，提高经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其特征在于：包括沿着垂直于河道水流方向设置的塔柱（1）、设置在塔柱内的能够竖向升降的承船厢（2）、对称分设在承船厢两侧的平衡重（3）、用于驱动并连接承船厢和平衡重的驱动连接结构（4）以及设置在平衡重两侧的调谐减震机构（5）；所述驱动连接结构包括钢丝绳（6）、设置在塔柱顶端的钢丝支座（7）、设置在塔柱顶端的卷筒（8）以及设置在平衡重上方连接平衡重的动滑轮（9），所述钢丝绳一端与钢丝支座固定连接，所述钢丝绳另一端先绕设经过动滑轮，再绕设经过卷筒呈S型，最后与承船厢上邻近的一端连接；

所述调谐减震机构包括对称分设在平衡重两侧的弹簧（13）以及设置在弹簧与塔柱内壁之间的导向装置（14），所述导向装置包括沿着竖向设置在塔柱内壁上的导向滑轨（15）、沿着竖向设置的导向滑板（16）以及多个设置在导向滑轨内能够竖向滑动且与导向滑板转动连接的导向滑轮（17），所述弹簧一端与平衡重连接，所述弹簧另一端与导向滑板连接，所述弹簧水平布置且轴向垂直于河道水流方向；

所述平衡重与导向滑板之间还设有阻尼器（19），所述阻尼器轴向与弹簧轴向平行，所述阻尼器（19）采用粘滞性阻尼器或黏弹性阻尼器；

所述平衡重经过弹簧和阻尼器作用后沿着垂直于河道水流方向的自振频率为a，所述塔柱沿着垂直于河道水流方向的第一阶自振频率为b，且0.9b≤a≤1.1b。

2.根据权利要求1所述的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其特征在于：所述塔柱顶端设有顶板（10），所述钢丝支座与卷筒设置在顶板上，所述顶板上设有贯通的能够允许钢丝绳穿过的穿孔（11）、所述穿孔内壁上设有缓冲垫片（12）。

3.根据权利要求1所述的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其特征在于：所述导向滑轨两端设置有防撞限位块（18）。

4.根据权利要求1所述的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其特征在于：所述平衡重的沿着竖直方向的长度为c，所述塔柱沿着竖向的整体高度为d，且0.02d≤c≤0.2d。

5.根据权利要求4所述的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其特征在于：所述平衡重在竖向最低处时，底部端面与塔柱底部端面之间的距离为e；所述平衡重处在竖向最高处时，底部端面与塔柱底部端面之间的距离为f，且0.45d≤e≤0.6d，0.75d≤f≤0.9d。

6.根据权利要求2所述的一种具有调谐减震作用的垂直升船机平衡重装置，其特征在于：所述缓冲垫片在自然伸展状态下，内圈的直径大于钢丝绳的直径。

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