液压升船机.pdf

本发明公开了一种液压升船机，涉及垂直升船机。现有技术的升船机结构复杂、故障率高、安全性差。本发明的驱动机构是一种均布在升船箱两侧的液压升降机械手，它与升船箱由液压缸驱动的接手连接。采用液压升降机械手实现液压缸自举自锁，往复运动，如同人的双手提升重物过程一样，实现升船机起升和降落。通过其往复运动，实现由单个短行程液压缸完成大距离运行的液压升降功能；同时可灵活组合，实现升船机运输船舶的功能。本发明具有结构简单，故障率低，设备运行安全、可靠，灵活性强，具有局部故障下自恢复功能，运行效率高等优点，可用于高坝升船。

1、  一种液压升船机，包括：由固定在坝体(1)的驱动机构驱动的升船箱(8)，与升船箱用钢丝绳经安装在坝体(1)上的定滑轮组(3)连接的配重(2)，其特征在于：所述的驱动机构是一种均布在升船箱(8)两侧套装在与坝体(1)固定的竹节式推进柱(4)上的液压升降机械手(7)及其液压控制系统，它与升船箱(8)由液压缸驱动的接手(9)连接。

2、  按照权利要求1所述的液压升船机，其特征在于：所述的液压升降机械手(7)，由上部夹持自锁段(7-1)、中部升降段(7-2)、下部夹持自锁段(7-3)组成，上部夹持自锁段由中心可通过竹节式推进柱(4)的法兰盘(7-1-5)与中部升降段(7-2)的法兰盘(7-2-1)连接，下部夹持自锁段由法兰盘(7-1-10)与中部升降段(7-2)的法兰盘(7-2-6)连接，整体套装在竹节式推进柱(4)上；上、下部夹持自锁段是由置于法兰盘(7-1-5)上的约束斜面(7-1-3)接触的夹持钳体(7-1-9)，置于夹持钳体内并与法兰盘(7-1-5)连接的导向项管(7-1-2)，置于法兰盘(7-1-5)上，并由内圈弹簧(7-1-4)、外圈弹簧(7-1-8)、活塞(7-1-7)以及油缸(7-1-1)组成；中部升降段(7-2)由与上、下部夹持自锁段连接、中心可通过竹节式推进柱(4)的中部法兰盘(7-2-1)(7-2-6)，以及设置在法兰盘间的升降液压缸(7-2-2)组成，升降液压缸上部设有上油嘴(7-2-4)，下部设有下油嘴(7-2-5)，活塞(7-2-3)与中部法兰盘(7-2-1)连接。

3、  按照权利要求1所述的液压升船机，其特征在于：所述的液压升降机械手(7)与升船箱(8)的连接接手(9)，是在中部升降段(7-2)的两侧设置弧形接手槽(7-4)，在升船箱的对应位置设有由液压缸(9-2)驱动的弧形连接接手(9-1)。

4、  按照权利要求1所述的液压升船机，其特征在于：所述的坝体(1)内侧开设多个安装液压机械手和竹节式推进柱的几字形槽口(1-1)，在坝体(1)的外侧开设多个配重防风槽(2-1)。

5、  按照权利要求1所述的液压升船机，其特征在于：所述的的升船箱(8)上放置矩阵式生物网格覆盖层(5)。

液压升船机
技术领域
本发明涉及一种垂直升船机，特别是液压升船机。
背景技术
CN 1532345A公开了《一种新的升船机》，它利用两侧支架形成循环阶梯状，使承船车或承船箱以阶梯循环方式排列组合的一步一步起升，这种升船机存在以下问题：系统结构复杂、机构分散，故障率高，安全性较差，不易实现和维护。这种升船机要求两侧支架形成循环阶梯状，其结构复杂，制造难度大；由于其采用了承船车或承船厢以阶梯循环排列组合的步升式工作流程，不可避免引起承船车或承船厢在支架工作受力点不断变化，易发生偏载，引发重大故障，系统存在较大风险；在运行过程中，这种升船机增加了承船车或承船厢与支架间的连接过程，降低了运行效率；在承船车或承船厢与液压缸采用水平销轴式结构，受承船车或承船厢重力作用，易发生形变，难以长期运行，一旦出现故障，通常无法修复；在运行过程中，一组中的一个液压缸出现故障，会引发系统崩溃，安全性较差；缺乏液面防水面波动防护，若升降速度过大会诱发系统不稳定，安全性较差。
发明内容
本发明的目的是克服上述升船机的缺点，提供一种液压升船机，由液压升降机械手实现升船机起升和降落，具有结构简单，故障率低，设备运行安全、可靠，灵活性强，局部故障下有自恢复功能，运行效率高等优点，特别是采用了专用的液压升降机械手及其与升船箱连接机构，通过其往复运动，实现由单个短行程液压缸完成大距离运行的液压升降功能，可灵活组合，完成升船机运输船舶的任务。
本发明是通过以下技术方案来实现其发明目的：
一种液压升船机包括由固定在坝体的驱动机构驱动的升船箱，与升船箱用钢丝绳经安装在坝体上的定滑轮组连接的配重。需要指出的是：驱动机构是一种均布在升船箱两侧套装在与坝体固定的竹节式推进柱上的液压升降机械手及其液压控制系统，它与升船箱由液压缸驱动的接手连接。
所述的液压升降机械手，由上部夹持自锁段、中部升降段、下部夹持自锁段组成。上部夹持自锁段由中心可通过竹节式推进柱的法兰盘与中部升降段的法兰盘连接，下部夹持自锁段由法兰盘与中部升降段的法兰盘连接，整体套装在竹节式推进柱上。上、下部夹持自锁段是由置于法兰盘与法兰盘上的约束斜面接触的夹持钳体；置于夹持钳体内并与法兰盘连接的导向项管；置于法兰盘上，并由内圈弹簧、外圈弹簧、活塞以及油缸组成；中部升降段由与上、下部夹持自锁段连接、中心可通过竹节式推进柱的中部法兰盘，设置在法兰盘间的升降液压缸组成，升降液压缸上部设有上油嘴，下部设有下油嘴，活塞与中部法兰盘连接。
所述的液压升降机械手与升船箱的连接接手，是在中部升降段的两侧设置弧形接手槽或V形槽，在升船箱的对应位置设有由液压缸驱动的弧形或V形连接手。
所述的坝体内侧开设多个安装液压升降机械手和竹节式推进柱的几字形槽口，增强坝体的防地震性；在坝体的外侧开设多个配重防风槽，防止风载对升船机运行的影响。
所述的的升船箱上放置几何式生物网格覆盖层，防止水箱水体波动带来的振动危害。
本发明与现有技术相比，由于运用人体仿生学，采用液压升降机械手实现液压缸自举自锁，降低了系统结构的复杂性，减少了故障发生的可能性，增强了故障自恢复功能。由于采用液压升降机械手与配重的成对吊装，防止在吊装过程中，配重与驱动机构之间产生扭矩，进而防止偏载倾斜现象的发生。运用液压升降机械手的往复运动，实现由单个短行程液压缸完成大距离运行的液压升降功能，从而可灵活组合，完成升船机运输船舶的任务；同时采用传统的液压同步控制装置，使多点液压升降机械手升降同步性能高；采用几何式生物网格，有效地减少了升降过程中，水箱与船体间的水体运动带来振动的危害；采用液压夹持机械手，动态响应快、安全性高，可以用于安全制动保护装置。采用几字形坝体结构，增加升船机土木建筑结构的抗地震能力；同时，增强了配重机构中的定滑轮组支撑结构的强度，采用两组定滑轮组，降减低了升船机土木建筑结构的单点受力，从而降低坝体设计强度要求；采用放置式连接结构，大大提高了故障排除的效率，同时减少了连接件产生的故障；采用配重防风槽设计，防止风载对升船机的影响。当出现不可预测的危险时，如地震等情况，可根据冗余技术，动态改变液压升降机械手数量，配重数量及重量，依然可以完成运输船舶的能力，这对于灾后重建，有着积极意义。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是图1的俯视图；
附图3是夹持自锁段结构示意图；
附图4是中部升降段结构示意图；
附图5是升船箱与液压升降机械手连接接手结构示意图；
附图6是液压升降机械手与连接接手位置示意图；
附图7是液压原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图通过较佳实施例对本发明作详细说明。
如图1、2所示，一种液压升船机，包括：由固定在坝体1的驱动机构驱动的升船箱8，与升船箱用钢丝绳经安装在坝体1上的定滑轮组3连接的配重2，所述的驱动机构是一种均布在升船箱8两侧、套装在与坝体1固定的竹节式推进柱4上的液压升降机械手7及其液压控制系统，它与升船箱8由液压缸驱动的接手9连接。
如图3、4所示，所述的液压升降机械手7，由上部夹持自锁段7-1、中部升降段7-2、下部夹持自锁段7-3组成。上部夹持自锁段由中心可通过竹节式推进柱4的法兰盘7-1-5与中部升降段7-2的法兰盘7-2-1连接，下部夹持自锁段由法兰盘7-1-10与中部升降段7-2的法兰盘7-2-6连接，整体套装在竹节式推进柱4上。上、下部夹持自锁段是由置于法兰盘7-1-5上的约束斜面7-1-3接触的夹持钳体7-1-9；置于夹持钳体内并与法兰盘7-1-5连接的导向项管7-1-2；置于法兰盘7-1-5上，并由内圈弹簧7-1-4、外圈弹簧7-1-8、活塞7-1-7以及油缸7-1-1组成；中部升降段7-2由与上、下部夹持自锁段连接、中心可通过竹节式推进柱4的中部法兰盘和设置在法兰盘间的升降液压缸7-2-2组成，升降液压缸上部设有上油嘴7-2-4，下部设有下油嘴7-2-5，活塞7-2-3与中部法兰盘7-2-1连接。
如图5、6所示，所述的液压升降机械手7与升船箱8的连接接手9，是在中部升降段7-2的两侧设置弧形或V形接手槽7-4，在升船箱的对应位置设有由液压缸9-2驱动的弧形或V形连接接手9-1。7-5是防止升船箱水平窜动的止口。采用液压缸驱动弧型或V型接手的连接方式，当出现机械手故障时可自动脱离故障机械手。
如图1、2所示，所述的坝体1内侧开设多个安装液压机械手和竹节式推进柱的几字形槽口1-1，在坝体1的外侧开设多个配重防风槽2-1。升船机坝体采用几字型结构，增加升船机的抵抗地震能力；同时，增强了定滑轮组支撑结构的强度，采用两组定滑轮组，降低了升船机土木建筑结构的单点受力，从而降低坝体设计强度要求；在坝体的外侧开设多个配重防风槽，防止风载对升船机运行的影响。图2中所示液压升降机械手的个数随实际情况相应变化，如升船机的吨位、速率、安全系数，而相应改变，所以图2中，升降机械手数量可作增减。
所述的的升船箱8上放置几何式生物网格覆盖层5。几何网格浮生生物5由防水材料织成几何形状，上面种植浮生生物，防止在升船机船箱上升、下降、晃动时，引起水的波动，造成机械振动危害，在船舶驶入(驶出)水箱时，自动打开(收起)，防止铰链船舶推进装置。
所述的配重2采用块状金属或沙状粉末，当出现系统故障时可打开配重箱将粉末状配重遗弃进行调重或动态启用备用机械手。
所述的固定在坝体1的竹节式推进柱4，由定长的推进柱连接而成，推进柱之间采用常规的螺栓连接，实现长度的调节。即推进柱一头为螺栓，另一头为螺母，将多个定长的竹节式推进柱首尾连接，达到坝体高度。
下面进一步介绍液压升船机的结构及工作过程：
如图1，2所示，竹节式推进柱4通过螺栓连接，固定在坝体1上，其数量根据升船机设计要求中的通过量设置，但最少不能少于4个，液压升降机械手7套装在竹节式推进柱4上，将其分别布置于升船箱两侧，每边最少两个液压升降机械手7。运行时以升船箱在底部(顶部)为起点，船舶6驶进升船箱关闭水箱入口，打开几何网格浮生生物5，同时通过称重传感器7-1-6，检测出液压升降机械手7的状态，然后，液压升降机械手7如同人的双手提升重物过程一样，往复运动，实现同步起升(下降)任务；到达任务位置后，打开水箱出口，船舶6驶出水箱，完成升船机运输任务。
液压升降机械手实现起降运行原理如下：
1)在升船机上升过程设备运行步骤：
a)上部夹持自锁段7-1松开；
b)中部升降段7-2上升至行程；
c)上部夹持自锁段7-1夹紧；
d)下部夹持自锁段7-3松开；
e)中部升降段7-2复位；
f)下部夹持自锁段7-3夹紧。
2)升船机起吊到位设备运行步骤：
a)上部夹持自锁段7-1夹紧；
b)下部夹持自锁段7-3夹紧。
3)在升船机下降过程设备运行步骤：
a)下部夹持自锁段7-3松开；
b)中部升降段7-2下降至行程；
c)下部夹持自锁段7-3夹紧；
d)上部夹持自锁段7-1松开；
e)中部升降段7-2复位；
f)上部夹持自锁段7-1夹紧。
整个过程如同人的双手提升重物过程一样，往复运动，实现起吊任务。
当液压升降机械手7少数出现故障时，运用无故障的液压升降机械手将升船箱提升至弧型(或V型)接手9打开和收回所需的足够空间，打开其它弧型(或V型)备用接手9后，再收回发生故障的液压升降机械手相应的连接接手，升船机可以继续运载船舶运行。
上、下部夹持自锁段结构如图3所示。其工作原理如下：通过内圈弹簧7-1-4和外圈弹簧7-1-8压力，使活塞7-1-7向上运动，引起法兰盘7-1-5相对向上运动，通过其上的圆锥斜面7-1-3约束，使夹持钳体7-1-9向内夹紧，通过竹节式推进柱4的棱台7-6实现受力支撑。当掉电或液压系统出现故障时，夹持钳体实现自动夹紧，进而防止产生衍生灾害。当活塞7-1-7受液压力向下运动时，通过与法兰盘7-1-5连接的导向项圈7-1-2向下运动，推动夹持钳体7-1-9向外张开，实现夹持打开。
中部升降段结构如图4所示，其工作原理与一般的液压升降机械结构相同(如千斤顶)，它与夹持自锁段7-1、7-3配合使用。当上油嘴7-2-4接通时，液压缸7-2-2内的活塞7-2-3受液压力向下运动；反之，下油嘴7-2-5接通时，受液压力推动活塞7-2-3向上运动；进而带动相应得夹持自锁段运动。中部升降段长度应满足竹节式吊具的行程控制要求，从而达到起升、下降过程时，夹持部分的准确性、可靠性。液压控制系统，可采用常规的液压位置控制方式，实现闭环控制。
液压系统原理及组成如图7所示，其液压原理以下降过程为例：电磁换向阀17的2YA失电，上部夹持油缸11向B运动，夹紧吊具；当达到额定压力下，压力继电器14输出信号，允许电磁换向阀18的3YA得电，升降油缸12下降；当下降到位时，压力继电器15输出信号，电磁换向阀19的6YA失电，下部夹持油缸13向F运动，夹紧吊具；当达到额定压力下，压力继电器16输出信号，允许电磁换向阀17的1YA得电，上部夹持油缸11向A运动，松开夹持钳体，压力继电器14复位输出信号，允许电磁换向阀18的4YA得电，升降油缸12复位，完成一个工作循环。液压原理图中节流阀20、21、22防干扰回路，防止保压时间过短，从而影响夹紧力；节流阀21、溢流阀23和变量泵29构成容积节流调速回路，实现速度平稳，较好的调速性能；蓄能器24、压力表25、压力继电器26、溢流阀27、单向阀28、滤油器30、电磁阀31实现用蓄能器保压由溢流阀卸荷的卸荷回路，提高效率。由于液压升降机械手数量随实际情况相应改变，故图7中仅给出单个液压升降机械手运行的液压原理，当多个液压升降机械手运行时，仅需按照常规的液压同步控制方式，即相应采用同步油缸并联，实现同步控制。
电气控制台包括通常采用的各种保护及联锁：行程限位信号、超重保护信号、上升、下降联锁、液压站监控信号等；各种电器控制系统：启动按钮、停止按钮、紧停按钮等；以及采用计算机PC控制系统和PLC控制系统。
液压升降机械手与升船箱连接接手的驱动液压缸，采用常规的液压控制系统。
显然，本领域的技术人员可以对其进行改动和变形，倘若这些改动和变形不脱离本发明的原理，属于本发明的权利要求及其等同技术的范围，则本发明的保护范围也包含这些改动和变形在内。