一种运用于全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保护装置制造方法
【专利摘要】一种运用于全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保护装置，安全保护装置设置在承船厢的平衡重上、并能对平衡重的导轨施加压力，安全保护装置包括电机、螺杆、弹簧、摩擦片、推杆、导杆、螺母板、机架；螺杆、活动固定在机架上，导杆固定在机架上，螺杆、导杆相互平行的穿过螺母板，螺杆与螺母板螺纹连接，推杆一端穿过机架与摩擦片连接、另一端通过弹簧与螺母板连接，螺杆自转能驱动螺母板沿导杆滑动，螺母板滑动能改变弹簧的长度，弹簧的长度变化能增加或减少推杆对摩擦片的推力；电机通过动力轴装置与螺杆机械连接、并能驱动螺杆自转。本实用新型的优点在于，通过对平衡重施加外力增加平衡重与导轨的摩擦力，提高提升的安全性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于升船机安全保护领域，用于防止升船机运行过程中因失衡引发的 安全事故，提高升船机的运行安全。 一种运用于全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保 护装置
【背景技术】
[0002] 垂直升船机的升降驱动机构大体上有两种。一是德国吕内堡式的齿轮齿梯爬升， 大螺杆安全保护装置；另一是比利时斯特勒比和国内目前广为采用的钢丝绳卷扬提升型 式。
[0003] -般来讲，升船机在运行过程中，承船厢失衡主要原因主要集中在突发漏水事 故、遇大风、大雨等。对全平衡式升船机而言，船厢超量失水失控、或遇大风超过限度的摆 动，都会导致平衡系统的破坏，并随着失水量的增加或摆动的增大或水量的增加，平衡重的 重力将以越来越快的速度拉动船厢上升或是平衡重的重力无法平衡船厢重量，最终导致不 堪设想的严重后果。
[0004] 针对船厢运行中的漏水事故，现已有众多形式的安全措施，这些措施通用的原理 是在承船厢失控加速前及时地进行安全制动，令沿程夹紧装置迅速启动施力使承船厢安全 停止运行，然后通过沿程布置的补水管道向承船厢适当补水，消除因漏水产生的不平衡力， 使承船厢处于安全状态。
[0005] 针对大风等自然现象一般采用提前进行预报，尽量避免升船机在坏天气下进行工 作，或是提高设计的冗余值，增加平衡重的质量。
[0006] 这些措施不能从根本上解决由于船厢突发漏水事故、遇大风、大雨等造成的平衡 系统的破坏，不能实时消除系统的不平衡，从而造成不可控制的严重后果。 实用新型内容
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是在船厢漏水或遇大风时，对平衡重施加外力增 加平衡重与导轨的摩擦力，船厢漏水时，通过摩擦力以实现平衡重和船厢的平衡；遇大风 时，通过提高摩擦力以增加平衡重重量以抵抗船厢摆动重力变化，保证船厢能够随时安全 停住，确保升船机的安全运行。
[0008] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种运用于全平衡钢丝 绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保护装置，安全保护装置设置在承船厢的平衡重上、并能 对平衡重的导轨施加压力，安全保护装置包括电机、螺杆、弹簧、摩擦片、推杆、导杆、螺母 板、机架；
[0009] 所述电机通过动力轴装置与螺杆机械连接、并能驱动螺杆自转；
[0010] 螺杆活动固定在机架上，导杆固定在机架上，螺杆、导杆相互平行的穿过螺母板， 螺杆与螺母板螺纹连接，推杆一端穿过机架与摩擦片连接、另一端通过弹簧与螺母板连接， 螺杆自转能驱动螺母板沿导杆滑动，螺母板滑动能改变弹簧的长度，弹簧的长度变化能增 加或减少推杆对摩擦片的推力。
[0011] 安全保护装置优选方案，机架包括带侧板的面板、安装后板、固定件、安装前板，安 装后板、安装前板分别固定在面板对应的侧板上，固定件固定在安装后板上，推杆一端穿过 安装前板与摩擦片连接。
[0012] 3、运用根据权利要求1所述安全保护装置的全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船 厢提升保护方法，其特征是：所述提升保护方法包括1)承船厢数据采集--2)电机工作 数据采集--3)数据分析--4)启动保护；
[0013] 1)数据采集包括设在采集承船厢水位实时数据A、承船厢正常水位数据F、承船厢 重量实时数据B、承船厢正常重量数据E ;
[0014] 2)电机工作数据采集包括采集全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机功率实时数据C、全 平衡钢丝绳卷扬垂直升船机功率正常功率数据G :
[0015] 3)数据分析，当A/F彡1.05或彡0.96,且C/G彡1.04时，属于非正常工作状态；
[0016] 当B/E彡1.03或彡0.97,且C/G彡1.06时，属于非正常工作状态；
[0017] 4)启动保护，数据分析属于非正常工作状态时，启动安全保护装置的电机（31)，电 机驱动螺杆自转，螺杆自转能驱动螺母板沿导杆滑动，螺母板滑动使变弹簧（33)的长度变 短，弹簧的长度变短增加推杆对摩擦片的推力，推杆对摩擦片推力的增加使承船厢平衡重 对导轨的压力也增加，承船厢平衡重与导轨之间的摩擦力随着压力的增加而增大，平衡重 与导轨摩擦力增加会相应的减少平衡重对钢绳的拉力，减小由于漏水或大风造成的船厢部 分与平衡重间重量差。
[0018] 承船厢提升保护方法优选方案还包括复测：
[0019] 复测包括完成第四步启动保护后，重复2 )电机工作数据采集、3 )数据分析，通过数 据分析属于正常工作状态，电机停止工作，通过数据分析属于非正常工作状态，电机继续工 作。
[0020] 进一步讲，承船厢提升保护方法优选方案还包括评估；
[0021 ] 评估包括完成第四步启动保护后，重复1)承船厢数据采集、2 )电机工作数据采集、 3)数据分析，通过数据分析属于非正常工作状态，则启动报警装置报警提醒工作人员注意。
[0022] 还可以，所述评估中还包括自动延时启动，完成第四步启动保护后，重复1)承船厢 数据采集、2)电机工作数据采集、3)数据分析，通过数据分析属于正常工作状态，则进入自 动延时启动，首先启动自动计时装置自动计时，自动计时装置计时到设定值后，启动安全保 护装置的电机，电机驱动螺杆自转，螺杆自转能驱动螺母板沿导杆滑动，螺母板滑动使变弹 簧的长度变长，弹簧的长度变长减少了推杆对摩擦片的推力，推杆对摩擦片推力的减少使 承船厢平衡重对导轨的压力也减少，承船厢平衡重与导轨之间的摩擦力随着压力的减少而 减弱，平衡重与导轨摩擦力减少加会相应的增加平衡重对钢绳的拉力，以便实现全平衡钢 丝绳卷扬垂直升船机正常的升降。
[0023] 本专利的优点在于，通过控制平衡重与导轨的摩擦力，使船厢漏水失重，平衡被打 破后，通过摩擦力以实现平衡重和船厢的平衡；使船厢遇大风左右摆动，平衡被打破后，通 过提高摩擦力以增加平衡重重量以抵抗船厢摆动重力变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
[0025] 附图1是本实用新型的安全保护装置的结构图。
[0026] 附图2是本实用新型的安全保护装置安装在承船厢的示意图。
[0027] 附图3是本实用新型的运用安全保护装置的全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船 厢防漏水的提升保护方法。
[0028] 附图4是本实用新型的运用安全保护装置的全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船 厢防大风的提升保护方法
[0029] 附图5是图3的装置控制流程图。
[0030] 附图6是安全保护装置驱动电机工作原理。
[0031] 图中：导轨1、导轮2、电机31、螺杆32、弹簧33、摩擦片34、摩擦片固定板35、推杆 36、导杆37、螺母板38、安装后板39、大链轮310、固定件311、链条312、安装前板313。
【具体实施方式】
[0032] 如图1、图2, 一种运用于全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保护装置， 安全保护装置设置在承船厢的平衡重的上、并能对平衡重的导轨1施加压力，平衡重上的 导轮2与导轨1相接触，安全保护装置包括电机31、螺杆32、弹簧33、摩擦片34、推杆36、导 杆37、螺母板38、机架；
[0033] 机架包括带侧板的面板、安装后板39、固定件311、安装前板313,安装后板39、安 装前板313分别固定在面板对应的侧板上，固定件311固定在安装后板39上，
[0034] 螺杆32活动固定在机架上，导杆37固定在机架上，螺杆32、导杆37相互平行的穿 过螺母板38,螺杆32与螺母板38螺纹连接，摩擦片34固定在摩擦片固定板35上，推杆36 一端穿过安装前板313与摩擦片固定板35连接、另一端通过弹簧33与螺母板38连接，螺 杆32自转能驱动螺母板38沿导杆37滑动，螺母板38滑动能改变弹簧33的长度，弹簧33 的长度变化能增加或减少推杆36对摩擦片34的推力；
[0035] 大链轮310固定在螺杆32的一端，电机31通过动力轴装置通过链条312与大链 轮310机械连接、并通过大链轮310驱动螺杆32自转。
[0036] 在正常状态下，弹簧33处于自然状态，漏水或大风(遇突发事件）时，电机31通过 链条312驱动大链轮310正转，从而带动螺杆32正转，通过螺杆32螺杆螺母传动带动螺母 板38沿导杆37向前移动，由于弹簧33另一端与推杆36连接，而推杆36与摩擦片固定板 35连接，摩擦片34与导轨接触，推杆36不能向前移动，因此，螺母板38的移动压缩弹簧33， 弹簧33压缩给推杆36施加向前的推力，从而增加摩擦片34与平衡重导轨1之间的压力， 使摩擦片34与平衡重导轨1间的摩擦力增加。同理，当电机31带动螺杆32反转时，可以 减小摩擦片34与平衡重导轨1间的摩擦力。
[0037] 如图3，船厢漏水时，运用安全保护装置的全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢提 升保护方法，包括1)承船厢数据采集--2)电机工作数据采集--3)数据分析--4) 启动保护-5)复测；
[0038] 1)数据采集包括设在采集承船厢水位实时数据A、承船厢正常水位数据F、承船厢 重量实时数据B、承船厢正常重量数据E ;
[0039] 2)电机工作数据采集包括采集全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机功率实时数据C、全 平衡钢丝绳卷扬垂直升船机功率正常功率数据G :
[0040] 3)数据分析，当A/F彡1. 04或彡0. 97,且C/G彡1. 03时，属于非正常工作状态；
[0041] 当B/E彡1.02或彡0.98,且C/G彡1.04时，属于非正常工作状态；
[0042] 4)启动保护，数据分析属于非正常工作状态时，启动安全保护装置的电机31 (制 动驱动电机)，电机驱动螺杆32自转，螺杆32自转能驱动螺母板38沿导杆滑37动，螺母板 滑动使变弹簧33的长度变短，弹簧的长度变短增加推杆对摩擦片的推力，推杆对摩擦片推 力的增加使承船厢平衡重对导轨的压力也增加，承船厢平衡重与导轨之间的摩擦力随着压 力的增加而增大，平衡重与导轨摩擦力增加会相应的减少平衡重对钢绳的拉力，减小由于 漏水的船厢部分与平衡重间重量差；
[0043] 5)复测包括完成第四步启动保护后，重复2)电机工作数据采集、3)数据分析，通 过数据分析属于正常工作状态，电机31停止工作，通过数据分析属于非正常工作状态，电 机继续工作；
[0044] 如图4,遇大风时(七级以上)，运用安全保护装置的全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机 承船厢提升保护方法，其特征是：所述提升保护方法包括1)承船厢数据采集--2)电机 工作数据采集--3)数据分析--4)启动保护--5)评估；
[0045] 1)数据采集包括设在采集承船厢水位实时数据A、承船厢正常水位数据F、承船厢 重量实时数据B、承船厢正常重量数据E ;
[0046] 2)电机工作数据采集包括采集全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机功率实时数据C、全 平衡钢丝绳卷扬垂直升船机功率正常功率数据G :
[0047] 3)数据分析，当A/F彡1. 05或彡0. 96,且C/G彡1. 04时，属于非正常工作状态；
[0048] 当B/E彡1. 03或彡0· 97,且C/G彡1. 06时，属于非正常工作状态；
[0049] 4)启动保护，数据分析属于非正常工作状态时，启动安全保护装置的电机31 (制 动驱动电机)，电机驱动螺杆自转，螺杆自转能驱动螺母板沿导杆滑动，螺母板滑动使变弹 簧33的长度变短，弹簧的长度变短增加推杆对摩擦片的推力，推杆对摩擦片推力的增加使 承船厢平衡重对导轨的压力也增加，承船厢平衡重与导轨之间的摩擦力随着压力的增加而 增大，平衡重与导轨摩擦力增加会相应的减少平衡重对钢绳的拉力，减小由于漏水或大风 造成的船厢部分与平衡重间重量差；
[0050] 5)评估包括完成第四步启动保护后，重复1)承船厢数据采集、2)电机工作数据 采集、3)数据分析，通过数据分析属于正常工作状态，则进入自动延时启动，首先启动自动 计时装置自动计时，自动计时装置计时到设定值后，启动安全保护装置的电机，电机驱动螺 杆自转，螺杆自转能驱动螺母板沿导杆滑动，螺母板滑动使变弹簧的长度变长，弹簧的长度 变长减少了推杆对摩擦片的推力，推杆对摩擦片推力的减少使承船厢平衡重对导轨的压力 也减少，承船厢平衡重与导轨之间的摩擦力随着压力的减少而减弱，平衡重与导轨摩擦力 减少会相应的增加平衡重对钢绳的拉力，以便实现全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机正常的升 降；通过数据分析属于非正常工作状态，则启动报警装置报警提醒工作人员注意。
[0051] 全平衡重式升船机配置的平衡重重量相当于承船厢（含附属设备）加载水重量之 和的大部分或全部，机械提升功率仅需承担整个系统的摩阻力和惯性力，以及承船厢载水 深度允许误差的水体重量，是一个平衡的系统。如图5,船厢发生漏水时，船厢水深、总质量 等会发生变化，或船厢遇大风左右摆动，水深检测传感器、船厢质量检测传感器等会得到相 应的信号即完成第一步的承船厢数据采集；船厢漏水会造成系统平衡破坏，机械提升功率 这时需要承担由于系统不平衡造成的船厢部分与平衡重间重量差，从而导致机械提升功率 增大，通过电机工作数据采集电机数据，并对数据进行分析看数据是否属于正常工作值（即 全平衡重式升船机充许的波动内），正常工作值不启动制动驱动电机；非正常工作值时，减 小由于漏水造成的船厢部分与平衡重间重量差降低机械提升功率，增加平衡重与平衡重导 轨间的摩擦力，可减少平衡重对钢绳的拉力从而减小由于漏水造成的船厢部分与平衡重间 重量差，机械提升功工作功率与正常工作功率相差属于正常范围内，即机械提升功率恢复 正常，停止增加平衡重与平衡重导轨间的摩擦力，即停止电机动作。
[0052] 船厢遇大风，船厢摆动增加的船厢重量使船厢重量与平衡重的重量差增大，船厢 遇大风左右摆动，水深检测传感器、船厢质量检测传感器等会得到相应的信号即完成第一 步的承船厢数据采集；船厢漏水会造成系统平衡破坏，机械提升功率这时需要承担由于系 统不平衡造成的船厢部分与平衡重间重量差，从而导致机械提升功率增大，通过电机工作 数据采集电机数据，并对数据进行分析看数据是否属于正常工作值（即全平衡重式升船机 充许的波动内），正常工作值不启动制动驱动电机；非正常工作值时，减小由于遇大风造成 的船厢部分与平衡重间重量差降低机械提升功率，增加平衡重与平衡重导轨间的摩擦力， 可增加平衡重重量减小船厢与平衡重重量的差，机械提升功工作功率与正常工作功率相差 属于正常范围内，即机械提升功率恢复正常，停止增加平衡重与平衡重导轨间的摩擦力，即 停止电机动作。
[0053] 如图6,安全保护装置电机31 (制动驱动电机）工作原理，制动驱动电机启停信号 通过提取卷扬机提升电机功率变化信号获得，即当测得的卷扬机提升电机实际功率与正常 情况下的功率差在允许范围内时，则认为系统平衡，否则认为系统不平衡，电机31开启。
[0054] 电机31 (制动驱动电机)工作时是一个持续的过程，平衡重与导轨间摩擦力是慢慢 增大的(其过程卷扬机不停止工作，船厢还在提升中），其效果是使平衡重重力与船厢重力 保持平衡，在这种平衡状态下因摩力的增加卷扬机提升电机输出功率也会有相应的增大， 但只要是在充许的范围内是可以被接受的，如果超出充许的范围内，则平衡重与导轨间摩 擦力增大到一个极限，程卷扬机不停止工作(维持一定工作状态)，船厢停止提升，保持相有 高度(或是降低高度)，保证提升的安全。
[0055] 本例中的结构仅为对于权利要求的举例说明和讲解，以便于大众阅读理解，不应 视为对于权利要求的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的范围和法定等同特 征为准。
【权利要求】
1. 一种运用于全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保护装置，安全保护装置设 置在承船厢的平衡重上、并能对平衡重的导轨施加压力，其特征是：所述安全保护装置包括 电机（31)、螺杆（32)、弹簧（33)、摩擦片（34)、推杆（36)、导杆（37)、螺母板（38)、机架； 所述电机（31)通过动力轴装置与螺杆（32)机械连接、并能驱动螺杆（32)自转； 所述螺杆（32)活动固定在机架上，导杆（37)固定在机架上，螺杆（32)、导杆（37)相互 平行的穿过螺母板（38)，螺杆（32)与螺母板（38)螺纹连接，推杆（36)-端穿过机架与摩擦 片（34)连接、另一端通过弹簧（33)与螺母板（38)连接，螺杆（32)自转能驱动螺母板（38) 沿导杆（37)滑动，螺母板（38)滑动能改变弹簧（33)的长度，弹簧（33)的长度变化能增加 或减少推杆（36)对摩擦片（34)的推力。
2. 根据权利要求1所述运用于全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机承船厢的安全保护装置， 其特征是：所述机架包括带侧板的面板、安装后板（39)、固定件（311)、安装前板（313)，所 述安装后板（39)、安装前板（313)分别固定在面板对应的侧板上，固定件（311)固定在安装 后板（39)上，推杆（36)-端穿过安装前板（313)与摩擦片（34)连接。
【文档编号】E02C5/00GK203846474SQ201420180929
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】温焕翃, 黄定春, 陈爱国, 张屹, 丁昌鹏 申请人:中国葛洲坝集团机械船舶有限公司