1、第八章第八章 升升 船船 机机第一节第一节 斜面升船机斜面升船机 一、斜面升船机的型式一、斜面升船机的型式 斜面升船机斜面升船机载运船舶的承船车沿斜坡轨道升载运船舶的承船车沿斜坡轨道升降的升船机。降的升船机。 由载运承船厢的由载运承船厢的承船车承船车，供承船车行驶而铺设的，供承船车行驶而铺设的斜斜坡道坡道，驱动承船车的，驱动承船车的驱动机构，电气控制系统驱动机构，电气控制系统以及以及闸首闸首等构成。等构成。 按上、下游是否均设置斜坡道可分为：按上、下游是否均设置斜坡道可分为： 一面坡斜面升船机一面坡斜面升船机 两面坡斜面升船机。两面坡斜面升船机。 一面坡斜面升船机：只在挡水闸坝的下游设一面坡斜
2、面升船机：只在挡水闸坝的下游设置斜坡道的升船机置斜坡道的升船机 。图图8-1 一面坡斜面升船机一面坡斜面升船机一面坡斜面升船机特点一面坡斜面升船机特点 （1 1）一般用上、下闸首将承船车、斜坡道等主体结构与）一般用上、下闸首将承船车、斜坡道等主体结构与上、下游航道隔开，承船车沿斜坡道上下行驶。上、下游航道隔开，承船车沿斜坡道上下行驶。 （2 2）只在上游端设置闸首，而在下游端不设闸首，承船）只在上游端设置闸首，而在下游端不设闸首，承船车沿斜坡道直接驶入下游航道，至承船厢内水面与航道水面车沿斜坡道直接驶入下游航道，至承船厢内水面与航道水面齐平时，开启承船厢的厢头门，船舶驶进齐平时，开启承船厢的厢
3、头门，船舶驶进(出出)承船厢。承船厢。 （3 3）变坡度、变轴线型式。）变坡度、变轴线型式。 两面坡斜面升船机系在挡水闸坝上、下游均建有斜坡道两面坡斜面升船机系在挡水闸坝上、下游均建有斜坡道的升船机，承船车均直接下水。的升船机，承船车均直接下水。 两面坡斜面升船机两面坡斜面升船机o 大坝的上下游均建有斜坡道，承船箱均直接下水。承大坝的上下游均建有斜坡道，承船箱均直接下水。承船箱的转向中间转盘完成。船箱的转向中间转盘完成。根据升降船舶的方向分类根据升降船舶的方向分类 （1）纵向斜面升船机）纵向斜面升船机在升降过程中，船体纵轴线在升降过程中，船体纵轴线与斜坡道的方向一致；斜坡道宽度可比横向斜面升船
4、机窄，与斜坡道的方向一致；斜坡道宽度可比横向斜面升船机窄，导引比较简单，适于建造在地形较坦的地区，其坡度一般导引比较简单，适于建造在地形较坦的地区，其坡度一般在在1：101：25之间。之间。 （2）横向斜面升船机）横向斜面升船机横向斜面升船机在升降过程横向斜面升船机在升降过程中船体纵轴线则与斜坡道方向垂直。横向斜面升船机的斜中船体纵轴线则与斜坡道方向垂直。横向斜面升船机的斜坡道长度较纵向斜面升船机为短，但斜坡道坡度、宽度及坡道长度较纵向斜面升船机为短，但斜坡道坡度、宽度及轨道数均较纵向式为大。轨道数均较纵向式为大。 在工程实际中，一般多采用纵向斜面升船机。在工程实际中，一般多采用纵向斜面升船机
5、。驱动方式驱动方式 （1）自行式）自行式将驱动动力装置设在承船车上；将驱动动力装置设在承船车上； （2）钢绳卷扬曳引）钢绳卷扬曳引在坡顶设置卷扬机用钢绳曳在坡顶设置卷扬机用钢绳曳引承船车升降。引承船车升降。 为减少驱动功率，采用设置沿斜坡道升降的平衡重为减少驱动功率，采用设置沿斜坡道升降的平衡重来均衡承船车的运动重量来均衡承船车的运动重量，此时驱动机构只需克服运动此时驱动机构只需克服运动系统的阻力。系统的阻力。 克拉斯诺雅尔斯克克拉斯诺雅尔斯克升船机升船机 前苏联前苏联1967建造的，目前世界上最大的纵向斜面升建造的，目前世界上最大的纵向斜面升船机（两面）。船机（两面）。 图图8-2 1-转盘
6、；转盘；2-轨道；轨道；3-承船厢承船厢 水头：水头：101m； 最大升程：最大升程：115m； 上、下游斜坡道坡度均为上、下游斜坡道坡度均为1：10；上游坡道长度为上游坡道长度为306m，下游为，下游为1196m。 上、下游斜坡道交会处设有直径上、下游斜坡道交会处设有直径105m、坡度为、坡度为1：10的转盘。的转盘。 承船厢尺寸承船厢尺寸90182.5m，可通过，可通过1500t船舶，船舶，当厢中水深当厢中水深3.3m时，可供时，可供2000t船舶通过，承船厢船舶通过，承船厢加水重为加水重为6700t。 水位变幅较大，采用能直接下水的承船车。水位变幅较大，采用能直接下水的承船车。 承船车利
7、用齿轮沿齿轨滚动的方式运行，承船车利用齿轮沿齿轨滚动的方式运行，4排齿排齿轨固定在斜坡道上的钢筋混凝土轨道梁上，相应地在轨固定在斜坡道上的钢筋混凝土轨道梁上，相应地在承船车上设置了承船车上设置了4排排156个齿轮，由个齿轮，由18部高压油泵部高压油泵和和156部部75kW的电动机驱动，在电动机的转动轴的电动机驱动，在电动机的转动轴上设有制动器，以便事故时刹车制动固定承船车。斜上设有制动器，以便事故时刹车制动固定承船车。斜坡轨道的轨道梁上设有滑线，作为供给自行式承船车坡轨道的轨道梁上设有滑线，作为供给自行式承船车电源用，当承船车下滑时，可以反馈部分电能。电源用，当承船车下滑时，可以反馈部分电能。
8、 承船车起动与停止阶段的加速度为承船车起动与停止阶段的加速度为0.008ms2，上行速度为上行速度为1.0ms，下行速度为，下行速度为1.38ms。船。船舶通过升船机的时间是舶通过升船机的时间是98min。阿尔兹维累阿尔兹维累升船机升船机 法国法国1967年年建成的目建成的目前世界上前世界上最大的横最大的横向斜面升向斜面升船机。船机。 1-轨道；轨道；2-平衡重；平衡重；3-承船厢承船厢一面斜坡式升船机一面斜坡式升船机o 斜坡道的长度为斜坡道的长度为108.45m;o 坡度为坡度为41;o 水头水头:44.55m。o 承船厢有效尺度：长承船厢有效尺度：长40.4m，宽，宽5.22m，水深，水深
9、2.523.2m；o 船厢加水总重约船厢加水总重约900t，船厢自重，船厢自重240t，可承运，可承运350t级级船舶。船舶。 船厢有主承台车船厢有主承台车8组；共有组；共有32个车轮在个车轮在2条双轨斜坡轨道条双轨斜坡轨道上运行，轨距为上运行，轨距为25.72m 。平衡重在承船厢下面运行，平衡。平衡重在承船厢下面运行，平衡重车有重车有2个，每个重约个，每个重约440t，其支承机构与船厢相同，其轨，其支承机构与船厢相同，其轨距为距为10.40m。船厢与平衡重由。船厢与平衡重由24根直径根直径28mm的钢丝绳的钢丝绳相连，钢丝绳的一端通过液压平衡系统与船厢相连，为一端相连，钢丝绳的一端通过液压平
10、衡系统与船厢相连，为一端绕过卷扬机构的摩擦卷筒后与平衡重车相连。卷扬机构为两绕过卷扬机构的摩擦卷筒后与平衡重车相连。卷扬机构为两台双摩擦卷筒，直径台双摩擦卷筒，直径3.3m，由两台直流电动机，由两台直流电动机(100HP)驱驱动。承船厢运行速度动。承船厢运行速度0.6ms，加速度为，加速度为0.02ms,往返一往返一次历时次历时40min。传动机构高速轴上设有。传动机构高速轴上设有电磁闸瓦制动器，卷电磁闸瓦制动器，卷筒上装有重锤式空气制动器为安全制动器。筒上装有重锤式空气制动器为安全制动器。二、斜面升船机设计二、斜面升船机设计 1. 基本尺度的确定基本尺度的确定 斜面升船机的基本尺度，主要是指
11、斜面坡度、承斜面升船机的基本尺度，主要是指斜面坡度、承 船厢尺寸、闸首尺寸等船厢尺寸、闸首尺寸等 。 斜面坡度直接影响着工程造价、营运费用及运转条件。在斜面坡度直接影响着工程造价、营运费用及运转条件。在选择时应考虑以下一些因素：选择时应考虑以下一些因素：第一、承船厢的第一、承船厢的驱动方式驱动方式： （1）自行方式）自行方式 采用较缓的坡度，依靠行轮与轨道之间摩擦力运行，坡采用较缓的坡度，依靠行轮与轨道之间摩擦力运行，坡度通常度通常1：101：20。 （2）齿轨爬升或钢缆牵引）齿轨爬升或钢缆牵引 采用较陡的坡度，一般为采用较陡的坡度，一般为1：51：10。 第二、第二、最小坡度要求最小坡度要求
12、：保证靠重力的分力能使承保证靠重力的分力能使承船厢自动下滑。船厢自动下滑。 对于纵向斜面升船机和横向斜面升船机，采用的坡对于纵向斜面升船机和横向斜面升船机，采用的坡度也不同，横向斜面升船机的坡度，一般在度也不同，横向斜面升船机的坡度，一般在1：21：8的范围以内，其坡度的大小应根据斜坡的稳定采决定。的范围以内，其坡度的大小应根据斜坡的稳定采决定。第三、考虑升船机载运船舶的大小第三、考虑升船机载运船舶的大小 一般通过船舶的吨位较大时，采用的坡度较缓，通一般通过船舶的吨位较大时，采用的坡度较缓，通过的船舶吨位较小时，采用的坡度可以较陡。过的船舶吨位较小时，采用的坡度可以较陡。 第四，考虑地形条件，
13、第四，考虑地形条件，避免过大的挖方与填方。避免过大的挖方与填方。 在一定条件下，若选用的坡度较陡，虽可减少开挖在一定条件下，若选用的坡度较陡，虽可减少开挖土方的数量，缩短坡道长度从而减少轨道部分的投资，土方的数量，缩短坡道长度从而减少轨道部分的投资，但将使承船厢及闸首结构的工程量加大，并将增大驱动但将使承船厢及闸首结构的工程量加大，并将增大驱动功率，从而增加运转费用。反之，采用的坡度较缓，虽功率，从而增加运转费用。反之，采用的坡度较缓，虽可减少运转费用，降低承船厢及闸首结构的投资，但又可减少运转费用，降低承船厢及闸首结构的投资，但又将增加轨道部分的工程量。因此合理的坡度，只有在考将增加轨道部分
14、的工程量。因此合理的坡度，只有在考虑到上述有关因素，对土建投资和运转费用进行综合比虑到上述有关因素，对土建投资和运转费用进行综合比较后，才能确定。较后，才能确定。 承船厢尺寸包括有效尺寸和外轮廓尺寸。湿运时承承船厢尺寸包括有效尺寸和外轮廓尺寸。湿运时承船厢的有效尺寸，系指充水空间的有效长度船厢的有效尺寸，系指充水空间的有效长度lk、有效宽、有效宽度度bk和有效水深和有效水深hk等，它们决定于设计船型的尺寸、等，它们决定于设计船型的尺寸、船舶进出厢的方式和速度以及经济要求等，将在后面船舶进出厢的方式和速度以及经济要求等，将在后面“垂直升船机船厢设计垂直升船机船厢设计”中加以叙述。中加以叙述。图
15、8-4 厢头结构高度图 承船厢的外轮廓尺寸承船厢的外轮廓尺寸，在满足所要求的有效尺寸的在满足所要求的有效尺寸的前下，根据承船厢的构造、使用要求、强度和刚度条件前下，根据承船厢的构造、使用要求、强度和刚度条件等决定。等决定。 当承船厢与斜架车连接成整体结构时，其上游端的当承船厢与斜架车连接成整体结构时，其上游端的厢头高度厢头高度hB主要与水位的变化及其适应方式，承船厢主要与水位的变化及其适应方式，承船厢厢头闸门的形式以及承船厢的支承行走机构的形式等有厢头闸门的形式以及承船厢的支承行走机构的形式等有关关(见图见图84)，可按下式确定：，可按下式确定： hB= hk + h s+ hc + h0+h
16、 (8-1) 根据华西里也夫的研究，当厢中无船时，承船厢突根据华西里也夫的研究，当厢中无船时，承船厢突然停止所产生的水面平均壅高值然停止所产生的水面平均壅高值h1，为：，为： 式中：式中： hk承船厢内的有效水深，承船厢内的有效水深，m； hs设置厢头闸门门库所需的结构高度，设置厢头闸门门库所需的结构高度， m，其值视，其值视门型及门库的设置方式而定；门型及门库的设置方式而定； hc构造造要求的高度，构造造要求的高度， m； h0支承行走系统要求的结构高度支承行走系统要求的结构高度 ，m，其值取决于，其值取决于支承行走系统在厢头附近的结构要求支承行走系统在厢头附近的结构要求; h承船厢的超高，
17、承船厢的超高，m，当承船厢起船闸的作用，以，当承船厢起船闸的作用，以适应水位变幅时，此超高应根据水位变化情况来定，在一般情适应水位变幅时，此超高应根据水位变化情况来定，在一般情况下，况下，h应大于承船厢在刹车过程中可能产生的水面壅高。应大于承船厢在刹车过程中可能产生的水面壅高。 o 式中：式中：o l承船厢沿运动方向的水面长度，承船厢沿运动方向的水面长度，m；o 斜坡道的坡度，斜坡道的坡度，()；o a承船厢的等加承船厢的等加(减减)速度，速度，m/s2。o 承船厢下游端的厢头高度承船厢下游端的厢头高度hN，除取决于与上游端，除取决于与上游端的厢头高度相同的有关因素外，还与船厢沿运动方向的的厢
18、头高度相同的有关因素外，还与船厢沿运动方向的长度长度l1及坡道的坡度及坡道的坡度tan有关，可按下式计算：有关，可按下式计算：o (8-5)tan1lhhBH 2承船厢的结构承船厢的结构 斜面升船机承船厢的构造方式，根据运船方式斜面升船机承船厢的构造方式，根据运船方式(干运干运或湿运或湿运)和承船厢与斜架车的关系和承船厢与斜架车的关系(分开还是连成整体分开还是连成整体)而定。而定。图图8-5 承船厢横剖面图承船厢横剖面图a)湿运的船厢结构；湿运的船厢结构；b)干运的船厢结构干运的船厢结构 承船厢承船厢连续的刚性结构，支承行走设备采用轮系连续的刚性结构，支承行走设备采用轮系系统（图系统（图8-5
19、）。）。 这种支承行走机构构造简单，常用这种支承行走机构构造简单，常用4台平衡小车的轮台平衡小车的轮系系统。当承船厢尺寸较大时，可采用等距多支点的平衡系系统。当承船厢尺寸较大时，可采用等距多支点的平衡小车。但由于铺轨不平整、轮系制造和安装的误差、轮轴小车。但由于铺轨不平整、轮系制造和安装的误差、轮轴机构的弹性变形和轨道基础的不均匀沉陷等，均可能导致机构的弹性变形和轨道基础的不均匀沉陷等，均可能导致轮压不定，引起承船厢结构内力的变化、运行阻力不均以轮压不定，引起承船厢结构内力的变化、运行阻力不均以及运行过程中产生的振动等问题及运行过程中产生的振动等问题。 在设计大型斜面升船机时，为使支承行走机构
20、能适应在设计大型斜面升船机时，为使支承行走机构能适应轨道的不平整等情况，并能在运行中将承船厢的荷载和横轨道的不平整等情况，并能在运行中将承船厢的荷载和横向摆动力均匀传到每台小车和行轮上，在工程实践中曾提向摆动力均匀传到每台小车和行轮上，在工程实践中曾提出不少方案。有的建议把承船厢在纵向分段，每段支承在出不少方案。有的建议把承船厢在纵向分段，每段支承在4点上，各段刚性的厢体结构与支承行车机构间设置缓冲设点上，各段刚性的厢体结构与支承行车机构间设置缓冲设备，以调整作用在支承行走机构上的荷载。但该方案段与备，以调整作用在支承行走机构上的荷载。但该方案段与段之间的连接较复杂，湿运时容易漏水。段之间的连
21、接较复杂，湿运时容易漏水。 目前的承船厢一般还是采用连续刚性结构。也有建目前的承船厢一般还是采用连续刚性结构。也有建议设置两套平衡系统，一个是议设置两套平衡系统，一个是液压平衡系统液压平衡系统，用以保证，用以保证各支点荷载相等；另一个是各支点荷载相等；另一个是平衡梁的机械平衡梁的机械平衡机构，用平衡机构，用以保证每一个支点内各轮轮压相等。以保证每一个支点内各轮轮压相等。3承船厢的驱动方式承船厢的驱动方式 驱动方式驱动方式曳引和自动爬行曳引和自动爬行 采用钢绳曳引进时，为减少驱动功率，多采用平衡采用钢绳曳引进时，为减少驱动功率，多采用平衡重。重。 但对于承船厢下水的升船机，承船厢但对于承船厢下水
22、的升船机，承船厢下水后就破坏了平衡状态，不能再采用平下水后就破坏了平衡状态，不能再采用平衡重。衡重。 当坡道长度及所需的钢绳长度过大时，钢绳曳引当坡道长度及所需的钢绳长度过大时，钢绳曳引也不适用，此时可考虑采用自动爬升力方式。也不适用，此时可考虑采用自动爬升力方式。自动爬升力方式自动爬升力方式o （1）行轮和轨道间摩擦）行轮和轨道间摩擦必须设置足够的主动轮轮必须设置足够的主动轮轮数，以保证产生足够的摩擦力；数，以保证产生足够的摩擦力；o （2）设置专门的齿轮齿轨系统来驱动承船厢）设置专门的齿轮齿轨系统来驱动承船厢易摩易摩损，且造价昂贵。损，且造价昂贵。4过坝措施及线路布置过坝措施及线路布置 对
23、于两面坡斜面升船机，需有跨越坝顶及与上、下游对于两面坡斜面升船机，需有跨越坝顶及与上、下游相衔接的各种措施。相衔接的各种措施。 （1）转盘设备）转盘设备布置灵活，适用于自动爬行的斜面布置灵活，适用于自动爬行的斜面升船机升船机(图图8-6)。图图8-6 采用转盘过坝示意图采用转盘过坝示意图1-承船图；承船图；2-下游轨道；下游轨道；3-避让支线；避让支线；4-承船厢；承船厢；5-上游轨道；上游轨道；6-转盘；转盘；7-导航建筑物；导航建筑物；9-预留二线预留二线（2）双层车式斜面升船机）双层车式斜面升船机 坝顶采用承船车，运载承船厢平移，通过坝顶驶上坝顶采用承船车，运载承船厢平移，通过坝顶驶上另
24、一承船车。另一承船车。 适用：坝顶水平距离较长，上、下游斜面坡度不同适用：坝顶水平距离较长，上、下游斜面坡度不同的情况。的情况。 斜面升船机的线路，一般布置成直线。为了适应地斜面升船机的线路，一般布置成直线。为了适应地形而布置成折线，需设转盘等转向设备（图形而布置成折线，需设转盘等转向设备（图8-6）。）。5提高斜面升船机通过能力的措施提高斜面升船机通过能力的措施o 为了提高斜面升船机的通过能力一般町采用以下一为了提高斜面升船机的通过能力一般町采用以下一些措施：提高运行速度、增加线路、加设避让设备，合些措施：提高运行速度、增加线路、加设避让设备，合理组织运输等。理组织运输等。o 提高运行速度是
25、一个应首先考虑的措施。不过运行提高运行速度是一个应首先考虑的措施。不过运行速度的提高，取决于驱动机构的驱动功率、船舶的停泊速度的提高，取决于驱动机构的驱动功率、船舶的停泊条件以及运转安全等因素。根据华西里也夫的研究，若条件以及运转安全等因素。根据华西里也夫的研究，若运行速度小于按式（运行速度小于按式（8-6）所确顶的最大允许运行速度，）所确顶的最大允许运行速度，可保证船舶在运行和停车过程的停泊安全。可保证船舶在运行和停车过程的停泊安全。o o (8-6) cos8 . 10mPgTV 式中：式中： T0机械设备能保证的最小起机械设备能保证的最小起(制制)动时间；动时间； Pm船舶允许的纵向缆绳
26、拉力；船舶允许的纵向缆绳拉力； 斜坡的坡角。斜坡的坡角。 在已建的斜面升船机中，正常的运行速度一般为在已建的斜面升船机中，正常的运行速度一般为0.51.5ms，正常加，正常加(减减)速度为速度为0.010.02ms2。 加设避让设备、合理组织运输，对提高通过能力有加设避让设备、合理组织运输，对提高通过能力有明显效果。明显效果。 增加一段避让支线、避让设备增加一段避让支线、避让设备(转盘或横移道转盘或横移道)好似好似铁路上的避让站，将整个线路分割成区段，从而可以同铁路上的避让站，将整个线路分割成区段，从而可以同时组织双向运行，以提高通过能力时组织双向运行，以提高通过能力。第二节第二节 垂直升船机
27、垂直升船机 一、垂直升船机的一、垂直升船机的形式形式 1均衡重式垂均衡重式垂直升船机直升船机 采用与承船采用与承船厢运动重量相等厢运动重量相等的平衡重作为平的平衡重作为平衡系统的垂直升衡系统的垂直升船机，称为均衡船机，称为均衡重式垂直升船机重式垂直升船机(图图8-7)。 均衡重式垂直升船机的基本组成部分为承船厢、垂直均衡重式垂直升船机的基本组成部分为承船厢、垂直支架、平衡系统、驱动机构、事故装置、电气控制系统支架、平衡系统、驱动机构、事故装置、电气控制系统以及闸首等。以及闸首等。 在升船机支承导向结构的垂直支架上部装设绕以钢在升船机支承导向结构的垂直支架上部装设绕以钢绳的绳轮，钢绳的一端连接承
28、船厢，另一端悬挂平衡重。绳的绳轮，钢绳的一端连接承船厢，另一端悬挂平衡重。平衡重与承船厢一上一下，彼此作方向相反的运动。平衡重与承船厢一上一下，彼此作方向相反的运动。 在承船厢升降过程中，在承船厢升降过程中，绳轮两侧钢绳长度不等绳轮两侧钢绳长度不等，为，为使承船厢与平衡重始终处于平衡状态，用若干相当于钢使承船厢与平衡重始终处于平衡状态，用若干相当于钢绳总重的平衡链，绕过垂直支架底部的辊轮，分别与承绳总重的平衡链，绕过垂直支架底部的辊轮，分别与承船厢和平衡重相连，而船厢和平衡重相连，而构成一个在任何位置承船厢与平构成一个在任何位置承船厢与平衡重均相互平衡的完全平衡系统衡重均相互平衡的完全平衡系统
29、。此时，只需设置克服。此时，只需设置克服运动系统阻力的驱动机构即可驱动承船厢作升降运动，运动系统阻力的驱动机构即可驱动承船厢作升降运动，从而可以降低驱动功率。从而可以降低驱动功率。 此外，还有利用一线承船厢作为平衡重来平衡另一此外，还有利用一线承船厢作为平衡重来平衡另一线承船厢的平衡方式，即双线相互平衡。线承船厢的平衡方式，即双线相互平衡。 采用双线相互平衡，可以省去专门的平衡重，但当采用双线相互平衡，可以省去专门的平衡重，但当上、下游的水位有较大的变化时，相互平衡非常困难，上、下游的水位有较大的变化时，相互平衡非常困难，且在运行、检修方面两线彼此相互牵制。在已建的均衡且在运行、检修方面两线彼
30、此相互牵制。在已建的均衡重式垂直升船机中重式垂直升船机中多采用各线独立的平衡系统多采用各线独立的平衡系统。 各线独立平衡的均衡重式垂直升船机的平衡重的布各线独立平衡的均衡重式垂直升船机的平衡重的布置有集中布置和分散布置两种方式：置有集中布置和分散布置两种方式： （1）将平衡重集中布置在承船厢两侧的）将平衡重集中布置在承船厢两侧的4个点上；个点上； （2）后者将平衡重均匀布置在承船厢的长度上。）后者将平衡重均匀布置在承船厢的长度上。 均衡重式垂直升船机可以较大幅度地降低驱动机均衡重式垂直升船机可以较大幅度地降低驱动机构的驱动功率，整体结构及设备检修方便，是目前垂直构的驱动功率，整体结构及设备检修
31、方便，是目前垂直升船机中，采用最多的形式。具有代表性的有尼德芬诺升船机中，采用最多的形式。具有代表性的有尼德芬诺垂直升船机、吕内堡垂直升船机和斯特勒比一布拉克里垂直升船机、吕内堡垂直升船机和斯特勒比一布拉克里垂直升船机等。垂直升船机等。尼德芬诺尼德芬诺垂直升船机，垂直升船机，1934年德国建造年德国建造 提升高度为提升高度为36m； 承船厢有效尺寸：承船厢有效尺寸：8511.42.5m（铆接钢结构）；（铆接钢结构）； 承船厢充水后重：承船厢充水后重：4250t(承船厢净重承船厢净重965t)； 可运载可运载1000t的船舶。的船舶。 1、提升式平面闸门、提升式平面闸门2、主桁架，、主桁架，3、
32、星轮、星轮4、牛腿，、牛腿，5、锁定，、锁定，6、走、走道，道，7、端框架，、端框架，8、挡板、挡板(图图8-8)。 承船厢采用承船厢采用256根直径为根直径为52mm的纲绳，悬吊在的纲绳，悬吊在升船机的垂直支架上，这些钢绳沿承船厢长度方向均匀升船机的垂直支架上，这些钢绳沿承船厢长度方向均匀分布，其一端固定在承船厢两侧主纵梁的上弦上，绕过分布，其一端固定在承船厢两侧主纵梁的上弦上，绕过设置在支架上端绳轮梁上的直径为设置在支架上端绳轮梁上的直径为3.5m的绳轮，另一的绳轮，另一端悬挂由铁屑混凝土制成的长端悬挂由铁屑混凝土制成的长7m、宽、宽0.5m的平衡重。的平衡重。 为保证承船厢在升降过程中与
33、平衡重始终保持均衡为保证承船厢在升降过程中与平衡重始终保持均衡状态，用状态，用4根总重量等于根总重量等于256根钢绳重量的平衡链，一根钢绳重量的平衡链，一端悬挂在承船厢下部，另一端绕过支架底部的辊轮与平端悬挂在承船厢下部，另一端绕过支架底部的辊轮与平衡重相连。升船机的垂直支架，既用来悬吊承船厢，也衡重相连。升船机的垂直支架，既用来悬吊承船厢，也作为承船厢升降时的支承导向结构，其上设置有驱动机作为承船厢升降时的支承导向结构，其上设置有驱动机构和事故应急装置等设备。构和事故应急装置等设备。 升船机的驱动机构为升船机的驱动机构为4套星轮齿梯装置套星轮齿梯装置(图图8-8)。由于承船厢重量已被平衡，因
34、此驱动机构只要克服绳轮由于承船厢重量已被平衡，因此驱动机构只要克服绳轮摩擦、钢绳弯曲、承船厢及均衡重的导承阻力以及承船摩擦、钢绳弯曲、承船厢及均衡重的导承阻力以及承船厢停靠误差的超载和侧倾等所产生的阻力。厢停靠误差的超载和侧倾等所产生的阻力。 齿梯固定在支架上，星轮则分别装在承船厢两侧的齿梯固定在支架上，星轮则分别装在承船厢两侧的4个点上，每个星轮由一台个点上，每个星轮由一台5.5kW的直流电动机驱动，的直流电动机驱动，4套驱动机构彼此用机械轴连接，以保证同步运转。在套驱动机构彼此用机械轴连接，以保证同步运转。在电动机驱动下，星轮沿齿梯升降，带动承船厢升降，升电动机驱动下，星轮沿齿梯升降，带动
35、承船厢升降，升降速度为降速度为12cms。 升船机的事故装置为旋转锁锭螺母片装置。在承船升船机的事故装置为旋转锁锭螺母片装置。在承船厢两侧各伸出两对牛腿，每对上下牛腿之间，装有一长厢两侧各伸出两对牛腿，每对上下牛腿之间，装有一长1380mm，外径，外径930mm的旋转锁锭。在支架上，的旋转锁锭。在支架上，由由2片长片长40m的螺母片，构成一根螺母柱，共的螺母片，构成一根螺母柱，共4根，其根，其位置与星轮对应。承船厢两侧牛腿伸人螺母片间缝隙，位置与星轮对应。承船厢两侧牛腿伸人螺母片间缝隙，旋转锁锭在螺母柱内旋转，旋转锁锭的螺纹与螺母片螺旋转锁锭在螺母柱内旋转，旋转锁锭的螺纹与螺母片螺纹在垂直方向
36、保持纹在垂直方向保持30mm，水平方向保持，水平方向保持l0mm的余的余隙。旋转锁锭的传动机构与升船机的驱动机构连接，其隙。旋转锁锭的传动机构与升船机的驱动机构连接，其转动与上下移动的速度，与承船厢的升降完全适应。当转动与上下移动的速度，与承船厢的升降完全适应。当出现事故状态时，旋转锁锭螺旋线与螺母片的螺旋线紧出现事故状态时，旋转锁锭螺旋线与螺母片的螺旋线紧靠，不平衡力传给固定在支架的螺母柱，最后传至支架。靠，不平衡力传给固定在支架的螺母柱，最后传至支架。 由于地质条件很差，因此升船机闸首与上游航道的连由于地质条件很差，因此升船机闸首与上游航道的连接，采用钢结构渡槽，渡槽长接，采用钢结构渡槽，
37、渡槽长156m。闸首上设有两道。闸首上设有两道提升式平面闸门分别作为工作闸门和检修闸门。提升式平面闸门分别作为工作闸门和检修闸门。 此外，为保证承船厢与闸首的可靠连接，还需要设此外，为保证承船厢与闸首的可靠连接，还需要设置拉紧、密封和充泄水等设备。置拉紧、密封和充泄水等设备。 1975年联邦德国在易北支运河吕内堡附近建成的年联邦德国在易北支运河吕内堡附近建成的吕内堡升船机吕内堡升船机(图图8-9)，是一座双线均衡重式垂直升船，是一座双线均衡重式垂直升船机。其提升高度机。其提升高度36m； 承船厢有效尺度为承船厢有效尺度为l00m123.5m，承船厢加，承船厢加水的总重量为水的总重量为5720t
38、，可运载，可运载1350t的船舶。每线可的船舶。每线可独立运转，升降速度最高为独立运转，升降速度最高为0.25ms，最低为，最低为0.025ms，升降一次为，升降一次为16.5min。2浮筒式垂直升船机浮筒式垂直升船机 浮筒式垂直升船机，利用淹没在浮筒井中浮筒的浮力来浮筒式垂直升船机，利用淹没在浮筒井中浮筒的浮力来支承和平衡承船厢的重量。支承和平衡承船厢的重量。 浮筒式垂直升船机由闸首、承船厢、浮筒、浮筒井以及浮筒式垂直升船机由闸首、承船厢、浮筒、浮筒井以及承船厢与浮筒之间的支撑构成。浮筒井内装设浮筒，浮筒顶承船厢与浮筒之间的支撑构成。浮筒井内装设浮筒，浮筒顶部通过支撑与承船厢连接。升船机的运
39、动重量力部通过支撑与承船厢连接。升船机的运动重量力(包括厢包括厢体自重力、厢内水重力、设备重力、浮筒筒体自重力和承船体自重力、厢内水重力、设备重力、浮筒筒体自重力和承船厢与浮筒间的支撑的重量力厢与浮筒间的支撑的重量力)由浮筒的浮力平衡。驱动机械由浮筒的浮力平衡。驱动机械只需克服升降时水的阻力、承船厢在导轨上的摩擦力和运动只需克服升降时水的阻力、承船厢在导轨上的摩擦力和运动质量的惯性力，因而所需的驱动功率较小。质量的惯性力，因而所需的驱动功率较小。 承船厢下降过程中，承船厢与浮筒间的支撑逐步沉承船厢下降过程中，承船厢与浮筒间的支撑逐步沉人充水的浮筒井中，浮力相应地增大，升船机的运动重人充水的浮筒
40、井中，浮力相应地增大，升船机的运动重量与浮筒浮力的平衡状态受到破坏。为此，一般在浮筒量与浮筒浮力的平衡状态受到破坏。为此，一般在浮筒中部设一向浮筒井底部开口的垂直调节管，管内充以保中部设一向浮筒井底部开口的垂直调节管，管内充以保持一定压力的空气，以防止水体从下部注入。浮筒下降持一定压力的空气，以防止水体从下部注入。浮筒下降时，由于调节管口处水压逐步升高，调节管内水位相应时，由于调节管口处水压逐步升高，调节管内水位相应提高，浮筒浮力也相应降低。调节管的直径，根据浮力提高，浮筒浮力也相应降低。调节管的直径，根据浮力减少与浮筒和承船厢之间支撑架下沉水中所失去的重量减少与浮筒和承船厢之间支撑架下沉水中
41、所失去的重量力相等的原则确定。力相等的原则确定。浮筒式浮筒式（德国）（德国） 骆特塞骆特塞提升高度为提升高度为18.7m，是已建浮筒式垂直升船，是已建浮筒式垂直升船中提升高度最大的，可通过中提升高度最大的，可通过1000t船舶。船舶。 新享利兴堡升船机新享利兴堡升船机1962年建成，可通过载重年建成，可通过载重1350t船舶，是通过船舶吨位最大升船机，其提升高度船舶，是通过船舶吨位最大升船机，其提升高度14.5m，。，。水力式升船机水力式升船机充水阀上游最高通航水位上游最低通航水位下游最低通航水位下游最高通航水位上游通航水位下游通航水位竖井充水泄水阀浮井水位浮井水位充水阀泄水阀浮井水位浮井水位
42、（关闭）承船厢 下降浮井水位上升浮井水位上升浮井水位下降承船厢 上升（关闭）（打开）浮井泄水浮井水位下降下游最高通航水位下游最低通航水位上游最低通航水位上游最高通航水位浮井水位浮井水位浮井水位浮井水位（打开）泄水阀（关闭）充水阀浮井泄水（打开）浮井充水（关闭）泄水阀承船厢 下降承船厢 上升上游通航水位下游通航水位二、垂直升船机的设计二、垂直升船机的设计1承船厢设计承船厢设计(1)承船厢基本尺度的确定承船厢基本尺度的确定 承船厢为升船机中用于装载船舶的运载工具。湿运承船厢为升船机中用于装载船舶的运载工具。湿运时，承船厢为一上部开口的槽形厢体，两端设有闸门时，承船厢为一上部开口的槽形厢体，两端设有
43、闸门(称称厢头门厢头门)，厢内盛水，船舶浮载在厢内的水体上。干运时，厢内盛水，船舶浮载在厢内的水体上。干运时，承船厢为一具有弹性支垫的承台。承船厢为一具有弹性支垫的承台。 承船厢的有效尺寸，即厢体的有效长度承船厢的有效尺寸，即厢体的有效长度Lk、有效宽、有效宽度度Bk和有效水深和有效水深hk决定于设计船型的尺寸，船舶进出决定于设计船型的尺寸，船舶进出承船厢的方式和速度等。为了减小升船机运动重量，船承船厢的方式和速度等。为了减小升船机运动重量，船队一般都重新编解队。在确定设计船型后，承船厢的有队一般都重新编解队。在确定设计船型后，承船厢的有效长度根据船长和安全制动所需的距离而定，有效宽度效长度根
44、据船长和安全制动所需的距离而定，有效宽度和有效水深，等于船舶宽度和船舶吃水分别加上一定的和有效水深，等于船舶宽度和船舶吃水分别加上一定的富裕量。富裕量。 试验研究表明：在设计船型已定的情况下，船舶进出试验研究表明：在设计船型已定的情况下，船舶进出承船厢时的水面波动程度及航行阻力的大小，均与承船厢的承船厢时的水面波动程度及航行阻力的大小，均与承船厢的有效尺寸有关。有效尺寸有关。 如承船厢的有效尺寸定得过小，不但会增加航行阻力，如承船厢的有效尺寸定得过小，不但会增加航行阻力，甚至可能产生水溢厢和船碰底的现象。但承船厢的有效尺寸甚至可能产生水溢厢和船碰底的现象。但承船厢的有效尺寸又直接影响到承船厢的
45、水体重量，而厢内的水重约占承船厢又直接影响到承船厢的水体重量，而厢内的水重约占承船厢总重的总重的65%75%左右。因此，为减小升船机运动重量，左右。因此，为减小升船机运动重量，要求在可能条件下，尽量减小承船厢的有效尺寸。承船厢有要求在可能条件下，尽量减小承船厢的有效尺寸。承船厢有效尺寸的确定是一复杂的问题，但根据现有几座升船机的资效尺寸的确定是一复杂的问题，但根据现有几座升船机的资料，料，承船厢的有效尺寸与设计船型大至有以下关承船厢的有效尺寸与设计船型大至有以下关系系： 承船厢的外轮廓尺寸，在满足有效尺寸的前提下，根据结承船厢的外轮廓尺寸，在满足有效尺寸的前提下，根据结构的强度和刚度要求以及附
46、加设备的布置要求确定。构的强度和刚度要求以及附加设备的布置要求确定。 承船厢的厢头高度决定于厢头门的型式，闸首与承船厢之承船厢的厢头高度决定于厢头门的型式，闸首与承船厢之间的连接设备型式及布置，上、下游水位变幅的大小以及承船间的连接设备型式及布置，上、下游水位变幅的大小以及承船厢要求的超高值等。以厢头门为提升式平面闸门，连接设备设厢要求的超高值等。以厢头门为提升式平面闸门，连接设备设在闸首情况在闸首情况(图图8-14a)为例，此高度可按下式计算确定。为例，此高度可按下式计算确定。 hB=h+h+hk+hs (8-7) 式中：式中：hk承船厢内的有效水深，承船厢内的有效水深，m； h承船厢的超高
47、值，一般取承船厢的超高值，一般取0.15m0.25m； h上、下游的水位变幅，上、下游的水位变幅，m； hs设置止水框架所需的结构高度，设置止水框架所需的结构高度，m。 当连接设备在承船厢上时当连接设备在承船厢上时(图图8-14b)，则按下式确，则按下式确定：定：hB =h+hk+hc+hf (8-8) 式中：式中： hc考虑设置机器间所需的结构高度，初步可考虑设置机器间所需的结构高度，初步可取取2.0 m，若此值小于，若此值小于(h+hf)，则以，则以(h+hf)值代替值代替c； hf考虑构造要求的富余量，约为考虑构造要求的富余量，约为0.61.0m。 若厢头门采用其他门形时，如卧倒闸门等，
48、则应考若厢头门采用其他门形时，如卧倒闸门等，则应考虑不同门形对结构高度的要求。虑不同门形对结构高度的要求。 承船厢中部的高度，除受超高和正常水深影响外，承船厢中部的高度，除受超高和正常水深影响外，还取决于板、梁与主横梁的连结方式及它们的结构高度。还取决于板、梁与主横梁的连结方式及它们的结构高度。此外，尚应满足布置机器间的使用要求。此外，尚应满足布置机器间的使用要求。 承船厢的外轮廓宽度，等于承船厢的有效和有关宽承船厢的外轮廓宽度，等于承船厢的有效和有关宽度加两侧走道的宽度。走道宽度决定于走道设备如曳引度加两侧走道的宽度。走道宽度决定于走道设备如曳引机械、驱动机械、厢头门的启闭机械等的布置要求，
49、一机械、驱动机械、厢头门的启闭机械等的布置要求，一般为般为1.5m4.0m。 承船厢的总长，为承船厢的有效长度加上厢头结构的长度。承船厢的总长，为承船厢的有效长度加上厢头结构的长度。厢头结构的长度由厢头门与防撞设备的形式以及两者是否结合厢头结构的长度由厢头门与防撞设备的形式以及两者是否结合而定。对提升式平面闸门且两者结合时，厢头结构的长度可取而定。对提升式平面闸门且两者结合时，厢头结构的长度可取为为0.16bk，当不结合时，厢头长度初步可定为，当不结合时，厢头长度初步可定为0.25bk。对于。对于其他门形，应考虑闸门启闭时对可利用的有效长度的影响。其他门形，应考虑闸门启闭时对可利用的有效长度的
50、影响。 由此可知，承船厢厢头门的形式，不仅影响厢头的高度，由此可知，承船厢厢头门的形式，不仅影响厢头的高度，同时也影响承船厢的纵向长度。在各种门形中，提升式平面闸同时也影响承船厢的纵向长度。在各种门形中，提升式平面闸门对这些结构尺寸的影响最小，它与闸首缝隙间的泄水量也最门对这些结构尺寸的影响最小，它与闸首缝隙间的泄水量也最少，但要建造高大的提门架来保证满足通航净空的要求。少，但要建造高大的提门架来保证满足通航净空的要求。(2)承船厢的构造承船厢的构造 承船厢的总体布置，应考虑支承和平衡设备、驱动及承船厢的总体布置，应考虑支承和平衡设备、驱动及事故装置、纵横向导向设备、承船厢与闸首衔接的拉紧、事
