CN2709520Y - 钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置 - Google Patents

Abstract

钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，它包括长螺母(1)、短螺柱组装件和微调装置；微调装置由平衡重块(16)、可破断螺栓(17)、滚珠轴承(19)、盒罩(20)、微调机构螺杆(21)、支架(22)、微调机构螺母(23)、导向装置(29)、变速箱(25)、微调电机(27)、安装架(28)、连轴器(24、26)组成，所述安全装置采用电轴同步传动。它采用电气同步方案和微调装置，并同时采用长螺母、短螺柱，从而达到了既经济又安全的运行效果。

Description

钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置

技术领域

本实用新型涉及一种钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，它用以在升船机失去平衡时，保护船舶及所载人员和升船机的安全。

背景技术

现有钢丝绳卷扬提升的垂直升船机，其安全装置一般采用电气制动闸，在升船机失去平衡时，由制动闸制动，防止承船厢失重时上扬或下滑；或在一定的距离内设置可自动伸出的挡块，用以阻止承船厢失重时大幅度的上扬或下滑。国内已建或在建的垂直升船机，如丹江口、岩滩、水口、隔河岩和高坝洲的升船机，均采用制动闸作为安全的主要手段。但现有钢丝绳卷扬提升的垂直升船机，承船厢在误载水深值严重超过标准(失水和超量装水)时，需要较多的制动设备，才能保证设备和人员的安全。三峡的升船机拟用德国BAW公司推荐的齿条、齿轮爬升装置，以及长螺母、短螺柱安全锁定装置。由于此方案的所有提升设备均在承船厢上，因而可以很方便地使用机械方式实现短螺柱和爬升装置的同步。采用该方案即使在承船厢严重失水时，能可靠的将承船厢锁定。但此方案造价高昂，要求齿条、齿轮、长螺母、短螺柱的加工精度高，且对土建变形也有严格要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述背景技术的不足之处而提供一种钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置。它采用电气同步方案和微调装置，并同时采用长螺母、短螺柱，从而达到了既经济又安全的运行效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，它包括长螺母1、短螺柱组装件、所述短螺柱组装件由短螺柱8、下轴承座7、上轴承座11、组装架32、从电机2、变速箱4、传动轴6、位移传感器9、平衡块10、吊架12、安装支架33、连轴器3、5组成；平衡块10安装在上轴承座11或下轴承座7的一端，所述短螺柱8的两端套装在下轴承座7和上轴承座11上，位移传感器9安装在短螺柱8上，从电机2依次连接连轴器3、变速箱4、连轴器5后经传动轴6耦合到短螺柱8上，变速箱4和从电机2固定在安装支架33上，安装支架33固定在下轴承座7上，组装架32两端固定在下轴承座7和上轴承座11上；钢丝绳15通过大支架14上的滑轮或滑轮组14两端分别连接吊架12和微调装置；大支架14固定在承船厢30上，其特征在于所述微调装置由平衡重块16、可破断螺栓17、滚珠轴承19、盒罩20、微调机构螺杆21、支架22、微调机构螺母23、导向装置29、变速箱25、微调电机27、安装架28、连轴器24、26组成，所述微调电机27依次通过连轴器26、变速箱25、连轴器24、微调机构螺杆21耦合在微调机构螺母23及固定在支架22上，平衡重块16通过可破断螺栓17与滚珠轴承19连接，滚珠轴承19安装在盒罩20内，盒罩20下端是与微调机构的螺母23相连接的微调机构螺杆21，微调机构的螺母23经支架22固定在承船厢30上。

在上述技术方案中，所述安全装置采用电轴同步传动，短螺柱8采用从电机2驱动，从电机2为绕线式异步电动机，其转子经三相或单相电气同步轴接于装于提升机构机械同步轴上或主提升电机上的绕线式异步电动机M1的转子，其定子接于同一工频电源或其它交流电源。

在上述技术方案中，所述组装架32与固定架31间为非接触性套接，所述固定架31固定在承船厢30上。

在上述技术方案中，所述长螺母1上设导向槽a与短螺柱8上的上、下轴承座7、11上设置的导向凸缘b相匹配。

在上述技术方案中，所述位置传感器9置于短螺柱8公螺纹的延伸部位，相应短螺柱8的公螺纹中线的上方和下方，位置传感器9在短螺柱8上的径向布置为120°角对称布置，测量面朝向和朝下各一只，其安装外径应不小于短螺柱8的内径和不大于短螺柱8的外径。

在上述技术方案中，所述平衡重块16与支架22之间连接有导向装置29和导向杆18。

本实用新型具有如下优点：①、因有了长螺母、短螺柱安全装置，承船厢可依靠长螺母、短螺柱锁定，不会因漏水或误载水深超限而滑动，承船厢完全没有颠覆的危险。因此，该方案只需工作制动器，可不设安全制动器，长螺母、短螺柱安全装置可以起到安全制动器的作用。②、对承船厢的变形、主提升钢丝绳的拉伸变形、温度变形和承船厢水体波动等有较好的适应性，承船厢的设计和加工可简化，承船厢采用了短螺柱微调装置，承船厢的位置完全由长螺母及短螺柱确定，而与有无悬挂承船厢的液压平衡系统和设备无关。因此，可以取消悬挂承船厢的液压平衡系统和设备。钢丝绳经过予拉伸，其变形和承船厢变形可在运行初期定期检查和调整，一般几个月后可趋于稳定。③、除主拖动的钢丝绳外，仅需设少量的转矩平衡重，甚至可完全不用转矩平衡重，可减少卷筒和制动器的数量，而且长螺母的加工精度要低得多，使升船机的设备制造费用降低，加工、制造比较容易。使造价大幅度减低。④、采用微调装置后，可减少长螺母的加工精度要求，可使整个长螺母沿轴线方向的容许加工误差达百毫米级，使得我国很多的企业都具备加工条件。而不必象德国BAW公司要求的那样，对短螺柱和长螺母的设计、加工、安装、调整进行严格的控制，减少了升船机建设的风险。⑤、电气同步轴在承船厢过载和轻载时可自动切断，实际上垂直升船机的重力不平衡将只能由承船厢内的载水量引起(承船厢漏水或承船厢水位超过规定的上、下限水位时)，这可用检测承船厢内水位方法实现，直接切断电气同步轴的操作电源即可，实现起来简单、方便。而且升船机的自动化系统也将大大简化，使升船机的可靠性、可用性大为提高。

附图说明

图1为本实用新型电气轴同步原理图。

图2为本实用新型电气轴同步转矩特性图。

图3为本实用新型长螺母和短螺柱结构示意图。

图4为本实用新型结构示意图。

图5为本实用新型图4的A-A剖示图。

图6为本实用新型微调电机控制短螺柱上升状态的原理图。

图7为本实用新型微调电机控制短螺柱下降状态的原理图。

图8为本实用新型微调电机控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况：

从图1、图2可知：本实用新型的主电机和从电机均采用转子绕线式异步电动机，现以一台主电机带一台从电机(主电机与从电机的容量和参数完全相同)作为例子加以说明。在本实用新型中电机只要能带动短螺柱空转即可，因此应控制主电机的功率，一般为数百W到几kW。它们定子绕组接于工频电源(或变频电源)，互相连接的转子电气回路作电气同步轴用，电机的机械轴的转动频率与电机所施加频率异步。本实用新型的主电机和从电机的运转要受主提升电机(承船厢)运动的限制。主电机、从电机的容量应加以限制，不应使主电机带电后使承船厢的位置发生变化。转子以定子施加电压频率f0，加上转差率S减去1乘以定子施加电压频率f0运转，即以f＝f0+(S-1)f0＝Sf0频率运转(S为电机的转差率)，而转子电气回路将遵守同步电机的运行法则，如果违背了同步的法则，则系统将失去稳定。

附图1为电气同步轴的电气原理图，附图2给出了双机系统采用工频电源时的平衡转矩。平衡转矩的最大值可用下式表示：

ΔM＝M2-M1＝M X2S.sinθ/r2

由此可见，θ越小，平衡转矩越小，θ＝90°时，平衡转矩最大，θ＞90°时，系统将失去稳定。采用θ＝90°是对具有极好的电压外特性的系统来说的，在没有特殊的系统措施时，只能采用25°-30°左右，如果选择电机时容量有一定的裕度，保障这一角度在25°-30°以内是没有问题的。在电机转速等于同步速度时，转差率S＝0，同步转矩的最大值为0；在S＝1电机静止时，同步转矩的最大值为启动转矩。当电机顺着磁场方向旋转时，随着转速升高，最大同步转矩下降。当电机逆着磁场方向旋转时，随着转速升高，最大同步转矩上升，因此应避免电机在转速达同步转速时将电机顺着磁场方向旋转(电机及拖动基础第11章，作者顾绳谷，1981年1月机械工业出版社出版)。

因正常时从电机只是带着短螺柱空转，所需功率很小，一般仅数百W。可以选用绕线式异步电动机。

在采用电气同步轴时，应选择在一定的区间运转，可以采用较小的运转范围，如从Sm＝0.6-Sm＝1.4或使S＞1(Sm为最大转差率)。采用Sm＝0.6-Sm＝1.4时，电机不用换相，操作更简单。采用S＞1时，升船机上、下行转换时，均需进行同期操作，但参数选择适当时，最大相角差可能更小。电气同步轴传动的电机转速应由用户确定。

对于承船厢最高提升速度为V(mm/s)，对应卷扬主传动机械同步轴转速为ω(转/s)，短螺柱螺距为λ(mm)的升船机，在已选定了电气轴同步轴的工作频率n(转/s)和主电机的极对数p1、从电机的极对数p2后，可以确定卷扬主传动机械同步轴对主电机变速器的变比和短螺柱对从电机变速器的变比。

卷扬主传动机械同步轴对主电机变速器的变比：

G1＝1∶n/p1ω

短螺柱对从电机变速器的变比：

G2＝1∶Vnp2/λ

G1、G2应为整数和能进行机械加工的小数，应按上面两个计算式来确定卷扬主传动机械同步轴对主电机变速器的变比和短螺柱对从电机变速器的变比。

由于np2的数值极大，一般在40以上，因此引起短螺柱的角误差极小，如果θ取90°也仅约2°左右，如果按实运行的允许值考虑θ取30°，短螺柱的角误差将在1°以内。即便对于三峡这样的大型升船机，使短螺柱空转的容量仅数百W，如选用2-5kW的电机，将有充分的裕度，使θ比30°更小。引起短螺柱的误差也更小。电机容量将由用户按照升船机的规模确定。

电气同步轴操作流程如下：投入短螺柱微调装置三相电源；投入主电机和从电机的定子三相电源K2；使主电机和从电机的同步轴的两相闭合；经一定时延后(约0.5-1s)再投入第三相(即K3)；最后再启动提升系统设备。停止时，待提升机构全停后先断提升系统设备电源，切同步系统电源，再切短螺柱微调装置电源。如同时采用顺着磁场方向旋转和逆着磁场方向旋转的电气同步轴，主电机和从电机的定子可不换相；如仅采用逆着磁场方向旋转的电气同步轴，则必须换相。在提升(或放下)承船厢时，电气同步轴将驱动短螺柱同步的向上(或向下)旋进，承船厢无论是上升或下降，电气同步轴的电机均是由零转速开始升速到最高运行速度，然后由最高运行速度降到零而结束，同步操作将很容易。

从图3、图4、图5可知：通过微调电机的调节，正常时可以使长螺母与短螺柱不接触，它可克服承船厢30变形、主提升钢丝绳变形和长螺母1、短螺柱8的加工、安装和温度变形所引起的误差，在有变形和制造、安装误差时，可由微调装置调整。当升船机在运行中，长螺母将要与短螺柱相接触时，检测装置将发出调整信号，通过微调电机的调整，使短螺柱回到合适的位置。导向杆18、导向装置29用于防止微调电机调节时，钢丝绳打绞，并用滚珠轴承19和盒罩20，使可破断螺栓17不与微调螺杆21直接连接。微调螺杆21转动时，可破断螺栓17只做上下的直线运动，而不产生旋转。

微调装置的电机可采用数十W到数百W的异步电机，经变速后，转速约为10-40rpm。

微调装置侧的平衡重块16，应等于整个短螺柱组装件重量的约0.8，以保证微调装置能调整控制短螺柱的位置，同时减少调整时的需要的力。

平衡重块16与滚珠轴承19及盒罩20间的可破断螺栓17应小于短螺柱与微调装置间钢丝绳15的抗拉强度的0.2，以便在事故时它先破断，以保证更换这段可破断螺栓17后，装置可再使用。微调装置17-29，也可用液压系统代替，其液压缸安装在承船上，活塞杆连接到可破断螺栓17上，使之能调节短螺柱的位置。

短螺柱组装件由于有导向装置，在土建变形、承船厢摆动等情况下，都不会使短螺柱与长螺母接触。图5是在长螺母1上设导向槽a及短螺柱上、下轴承座7、11上设导向凸缘b等方法，凸缘的上、下端应倒圆，使之能易于进槽，并使凸缘长度不小于短螺柱的螺距，在凸缘和长螺母上槽的配合上，要使短螺柱不能脱出长螺母，并在凸缘和长螺母槽接触时，以长螺母和短螺柱不接触为准。也可采用导向滚轮的方法，具体办法依长螺母和短螺柱的结构而定。

短螺柱组装件正常时只通过钢丝绳15经微调装置与承船厢30连接，在事故时经微调装置调整，仍不能使短螺柱到达正确位置时(由微调装置行程开关作用、或31与32接触、或破断螺栓、或钢丝绳断裂)，短螺柱固定支架31将与短螺柱组装支架32接触，使承船厢锁定，使之达到安全的效果。

从图6、图7、图8可知：图中T1、T2、T3、T4为时间继电器，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8为与门，01、02、03、04、或门，N1、N2为否门，S1、S2、S3、S4、S5、S6为传感器；短螺柱由微调电机控制升降，由接触器控制电机正、反转实现。短螺柱的提升和下降控制具有同样的电气接线，为防止单个传感器误动时使装置误动，故要求在有二个传感器动作时才输出调整信号。单个传感器动作则输出报警信号。这种接线具有控制系统2/3表决系统的特点，因而，可靠性极高。S1-S6为位置传感器的常闭接点输出，在短螺柱8与长螺母1之间的距离小于某一定值时，位置传感器的常闭接点闭合，其整定值将在S1-S6的接口插件上整定。T1、T2为瞬时动作，延时返回的时间元件，它们应按微调装置使短螺柱与长螺母的距离，从上、下极限位置走到大致相等的中间位置所需时间整定，T3、T4延时动作的时间元件，它们应按低速时大于短螺柱旋转1/3周所需时间整定。

微调电机的电源和控制部分的电源，应在投入电气同步轴电源时投入。

需要说明的是对于所属领域的技术人员来说，在不改变本实用新型原理的前提下还可以对本实用新型作出若干的改变或变形，这同样属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，它包括长螺母(1)、短螺柱组装件、所述短螺柱组装件由短螺柱(8)、下轴承座(7)、上轴承座(11)、组装架(32)、从电机(2)、变速箱(4)、传动轴(6)、位移传感器(9)、平衡块(10)、吊架(12)、安装支架(33)、连轴器(3、5)组成；平衡块(10)安装在上轴承座(11)或下轴承座(7)的一端，所述短螺柱(8)的两端套装在下轴承座(7)和上轴承座(11)上，位移传感器(9)安装在短螺柱(8)上，从电机(2)依次连接连轴器(3)、变速箱(4)、连轴器(5)后经传动轴(6)安装在短螺柱(8)上，变速箱(4)和从电机(2)固定在安装支架(33)上，安装支架(33)固定在下轴承座(7)上，组装架(32)两端固定在下轴承座(7)和上轴承座(11)上；钢丝绳(15)通过大支架(14)上的滑轮或滑轮组(14)两端分别连接吊架(12)和微调装置；大支架(14)固定在承船厢(30)上，其特征在于所述微调装置由平衡重块(16)、可破断螺栓(17)、滚珠轴承(19)、盒罩(20)、微调机构螺杆(21)、支架(22)、微调机构螺母(23)、导向装置(29)、变速箱(25)、微调电机(27)、安装架(28)、连轴器(24、26)组成，所述微调电机(27)依次通过连轴器(26)、变速箱(25)、连轴器(24)、微调机构螺杆(21)耦合在微调机构螺母(23)及固定在支架(22)上，平衡重块(16)通过可破断螺栓(17)与滚珠轴承(19)连接，滚珠轴承(19)安装在盒罩(20)内，盒罩(20)下端是与微调机构的螺母(23)相连接的微调机构螺杆(21)，微调机构的螺母(23)经支架(22)固定在承船厢(30)上。

2、根据权利要求1所述的钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，其特征在于所述安全装置采用电轴同步传动，短螺柱(8)采用从电机(2)驱动，所述从电机(2)为绕线式异步电动机，其转子经三相或单相电气同步轴接于装于提升机构机械同步轴上或主提升电机上的绕线式异步电动机(M1)的转子，其定子接于同一工频电源或其它交流电源。

3、根据权利要求1所述的钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，其特征在于所述组装架(32)与固定架(31)间为非接触性套接，所述固定架(31)固定在承船厢(30)上。

4、根据权利要求1所述的钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，其特征在于所述长螺母(1)上设导向槽(a)与短螺柱(8)上的上、下轴承座(7、11)上设置的导向凸缘(b)相匹配。

5、根据权利要求1所述的钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，其特征在于所述位置传感器(9)置于短螺柱(8)公螺纹的延伸部位，相应短螺柱(8)的公螺纹中线的上方和下方，位置传感器(9)在短螺柱(8)上的径向布置为120°角对称布置，测量面朝向和朝下各一只，其安装外径应不小于短螺柱(8)的内径和不大于短螺柱(8)的外径。

6、根据权利要求1所述的钢丝绳卷扬提升垂直升船机的安全装置，其特征在于所述平衡重块(16)与支架(22)之间连接有导向装置(29)和导向杆(18)。

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