水力式升船机抗倾覆判别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及升船机技术领域，尤其涉及一种水力式升船机抗倾覆判别方法。
【背景技术】
[0002] 水力式升船机是我国自主研发的一种新型的升船机型式，在国内外无成功运行实 例，也无经验可以借鉴。水力式升船机具有机构简单、易于控制和节省投资等技术优势，具 有广泛的发展前景。水力式升船机完全利用水能作为提升动力，工作原理是通过等惯性输 水系统向各个竖井中充泄水，改变浮筒的淹没水深以驱动承船厢运行，水力式升船机主要 由水力同步系统（等惯性输水系统）、机械同步轴系统（同步轴系统）、导向系统和承船厢、 滑轮一钢丝绳系统及浮筒等组成。
[0003] 水力同步系统采用等惯性输水系统，尽量使水流能够均匀平稳而且同步地进入或 泄出竖井，以保证各个浮筒能够同步升降，但在实际工程中不能保证竖井中水位完全同步， 因而各个浮筒受力也不同步；另外在水力式升船机在运行过程中，若承船厢保持水平，作用 在承船厢上的水压力荷载是纵（横）向对称分布的，若承船厢倾斜时，承船厢中的水体由于 其倾斜而流动，由于水体重心偏离承船厢的中心而对承船厢产生一倾覆力矩。浮筒升降的 不同步和承船厢水体产生的倾覆力矩会加剧承船厢的倾斜，承船厢的倾斜也会加大浮筒升 降的不同步和承船厢水体产生的倾覆力矩。如果水力式升船机水力同步系统、机械同步轴 系统和导向系统不足以抵抗承船厢的倾斜，那么承船厢将发生倾覆。目前国内外从未开展 过水力式升船机抗倾斜特性的研究工作，有鉴于此，有必要提供一种水力式升船机的抗倾 覆判别方法，以此来判别承船厢是否有发生倾覆的风险，以保证水力式升船机的运行安全。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对目前国内外没有开展过水力式升船机抗倾覆特性研究这 一现状，提供一种水力式升船机抗倾覆判别方法，定义了水力式升船机倾覆刚度和抗倾覆 刚度的概念，并提出了抗倾覆刚度系数的概念，以此来判别水力式升船机是否能够抵抗倾 斜。
[0005] 本发明提供了一种水力式升船机抗倾覆判别方法，当机械同步轴系统单独作用 时，该方法包括：
[0006] 获取承船厢中水体作用在承船厢上的倾覆力矩随承船厢倾斜角度呈线性变化的 直线斜率K。，K。定义为水力式升船机的倾覆刚度，并获取机械同步轴系统提供的抗倾覆力 矩在初始间隙消除后随承船厢倾斜角度呈线性变化的直线斜率Ki，Ki定义为机械同步轴系 统提供的抗倾覆刚度。
[0007] 根据水力式升船机抗倾覆刚度系数 来判定水力式升船机是否能够保持稳 定平衡，当k < 1时，判定水力式升船机为不能保持稳定平衡状态，承船厢将发生倾覆；当 k > 1时，在保证机械同步轴系统没有发生强度破坏的前提下，判定水力式升船机能够保持 稳定平衡状态，承船厢不会发生倾覆，并且机械同步轴系统提供的抗倾覆刚度Ki越大，水力 式升船机稳定平衡时承船厢的倾斜角度越小，机械同步轴系统所提供的抗倾覆力矩越小； 当k = 1时，判定水力式升船机为临界平衡状态。
[0008] 本发明提供了一种水力式升船机抗倾覆判别方法，当导向系统单独作用时，该方 法包括：
[0009] 获取承船厢中水体作用在承船厢上的倾覆力矩随承船厢倾斜角度呈线性变化的 直线斜率K。，K。定义为水力式升船机的倾覆刚度，并获取导向系统提供的抗倾覆力矩在导 轮与导轨之间间隙消除后随承船厢倾斜角度呈线性变化的直线斜率I，&定义为导向系统 提供的抗倾覆刚度。
[0010] 根据水力式升船机抗倾覆刚度系数 来判定水力式升船机是否能够保持稳 定平衡，当k < 1时，判定水力式升船机为不能保持稳定平衡状态，承船厢将发生倾覆；当 k > 1时，在保证导向系统没有发生强度破坏的前提下，判定水力式升船机能够保持稳定平 衡状态，承船厢不会发生倾覆，并且导向系统提供的抗倾覆刚度I越大，水力式升船机稳定 平衡时承船厢的倾斜角度越小，导向系统所提供的抗倾覆力矩越小；当k = 1时，判定水力 式升船机为临界平衡状态。
[0011] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：首次通过抗倾覆刚度系数来判别水力 式升船机在运行过程中是否能够保持稳定平衡状态，保证水力式升船机的运行安全。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明机械同步轴系统扭矩一承船厢倾斜角度的关系示意图；
[0013] 图2为本发明机械同步系统提供的抗倾覆力矩、承船厢中水体产生的倾覆力矩与 承船厢倾斜角度的关系示意图；
[0014] 图3为本发明机械同步轴系统初始间隙的影响示意图；
[0015] 图4为本发明机械同步轴系统刚度的影响示意图；
[0016] 图5为本发明导向系统提供的力矩一承船厢倾斜角度的关系示意图；
[0017] 图6为本发明导向系统提供的抗倾覆力矩、承船厢中水体产生的倾覆力矩与承船 厢倾斜角度的关系示意图；
[0018] 图7为本发明导向系统导轮与导轨之间间隙的影响示意图；
[0019] 图8为本发明导向系统限位弹簧刚度的影响示意图；
[0020] 图9为本发明一实施例的机械同步系统单独作用时的抗倾斜判别示意图；
[0021] 图10为本发明一实施例的导向系统单独作用时的抗倾斜判别示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些 实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、 或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0023] 本实施例提供了一种水力式升船机抗倾覆判别方法，当机械同步轴系统单独作用 时，该方法包括：
[0024] 承船厢中水体作用在承船厢上的倾覆力矩随承船厢倾斜角度呈线性变化，变化率 (直线斜率）为KQ，K。定义为水力式升船机的倾覆刚度，机械同步轴系统提供的抗倾覆力矩 在初始间隙消除后随承船厢倾斜角度也呈线性变化，变化率（直线斜率）为I，&定义为机 械同步轴系统提供的抗倾覆刚度。
[0025] 根据水力式升船机抗倾覆刚度系数 来判定水力式升船机是否能够保持稳 定平衡。当k < 1时，判定水力式升船机为不能保持稳定平衡状态，承船厢将发生倾覆；当 k > 1时，在保证机械同步轴系统没有发生强度破坏的前提下，判定水力式升船机能够保持 稳定平衡状态，承船厢不会发生倾覆，并且机械同步轴系统提供的抗倾覆刚度I越大，水力 式升船机稳定平衡时承船厢的倾斜角度α。越小，机械同步轴系统所提供的抗倾覆力矩Μ。 越小；当k = i时，判定水力式升船机为临界平衡状态。
[0026] 本实施例提供了一种水力式升船机抗倾覆判别方法，当导向系统单独作用时，该 方法包括：
[0027] 承船厢中水体作用在承船厢上的倾覆力矩随承船厢倾斜角度呈线性变化，变化率 (直线斜率）为IVK。定义为水力式升船机的倾覆刚度，导向系统提供的抗倾覆力矩在导轮 与导轨之间间隙消除后随承船厢倾斜角度也呈线性变化，变化率（直线斜率）SKpKi定义 为导向系统提供的抗倾覆刚度。
[0028] 根据水力式升船机抗倾覆刚度系数 来判定水力式升船机是否能够保持稳 定平衡。当k < 1时，判定水力式升船机为不能保持稳定平衡状态，承船厢将发生倾覆；当 k > 1时，在保证导向系统没有发生强度破坏的前提下，判定水力式升船机能够保持稳定平 衡状态，承船厢不会发生倾覆，并且导向系统提供的抗倾覆刚度I越大，水力式升船机稳定 平衡时承船厢的倾斜角度α。越小，导向系统所提供的抗倾覆力矩M。越小；当k = 1时，判 定水力式升船机为临界平衡状态。
[0029] 本实施例提供的水力式升船机抗倾覆判别方法，通过抗倾覆刚度系数来判别承船 厢是否有发生倾覆的风险，保证了水力式升船机的运行安全。
[0030] 下面结合附图1至8对本发明作具体说明，本发明包括机械同步轴系统单独作用 时抗倾覆判别方法和导向系统单独作用时抗倾覆判别方法。
[0031] (1)机械同步轴系统单独作用时抗倾覆判别方法。
[0032] 机械同步轴系统的扭转刚度及间隙（联轴器和锥齿轮箱的间隙）是影响承船厢倾 斜的两个因素。机械同步轴系统扭矩一承船厢倾斜角度的关系示意图如图1所示，图中横 坐标表示承船厢倾斜角度，纵坐标表示机械同步轴所提供的力矩，a i为机械同步轴连接部 件的间隙引起的承船厢倾斜角度。当承船厢倾斜角度α < αι时，机械同步轴所受扭矩为 零，即不提供任何力矩，此过程为机械同步轴系统消除间隙的过程。当承船厢倾斜角度α > a i时，机械同步轴所提供的力矩随承船厢倾斜角度呈线性变化，此过程为机械同步轴转 动消除了间隙之后其刚度对于承船厢倾斜的影响。
[0033] 在水力式升船机正常运行过程中，承船厢中水体作用在承船厢上的倾覆力矩随承 船厢倾斜角度呈线性变化，见图2中虚线。机械同步轴系统的间隙引起的承船厢倾斜为α ρ 当机械同步轴系统的间隙消除之后，机械同步轴系统提供的抗倾覆力矩随承船厢倾斜角度 呈线性变化，见图2中实线。虚线和实线的斜率分别为1(。和K i，即定义为水力式升船机的 倾覆刚度和抗倾覆刚度，
'定义为水力式升船机的抗倾覆刚度系数，当k > 1时，判定 水力式升船机能够稳定平衡状态，反之，当k < 1时，判定水力式升船机不能保持稳定平衡 状态，承船厢将发生倾覆，当k = 1时，判定水力式升船机为临界平衡状态。图2中虚线和 实线的交点即为水力式升船机稳定平衡时承船厢的倾斜角度，此时机械同步轴系统提供的 抗倾覆力矩与承船厢中水体产生的倾覆力矩相等。
[0034] 需要注意的是，机械同步轴系统的间隙与水力式升船机是否能够保持稳定平衡状 态无关，但对水力式升船机的稳定平衡状态有较大的影响，见图3。机械同步轴系统各连接 部件的间隙不但