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三峽升船機(jī)主體結(jié)構(gòu)及功能

　　三峽升船機(jī)布置在樞紐工程的左岸,雙線五級(jí)船閘的右側(cè)。其核心建筑是上閘首、下閘首、承重塔柱。高達(dá)146米的 承重塔柱支撐著承船廂及平衡重共3.1萬(wàn)噸的重量,支撐著承 船廂最高113米的垂直升降。

　　升船機(jī)的承船廂為鋼結(jié)構(gòu),作為船舶進(jìn)出承船廂通道的上、下閘首為整體式U型混凝土結(jié)構(gòu)。上、下閘首皆設(shè)有一道可翻轉(zhuǎn)的臥倒門,關(guān)閉時(shí)阻隔上、下游航道里的水體,臥倒打 開(kāi)時(shí)船廂與上下游航道的水連為一體,航道貫通。

　　承船廂外形尺寸132×23×10米(長(zhǎng)×寬×高)。升船機(jī)的主要機(jī)電設(shè)備如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、船廂門及其啟閉機(jī)等皆安裝在船廂上。承船廂上下行走的齒輪、對(duì)接鎖定安全機(jī)構(gòu)的短鏍桿安裝在承船廂的兩側(cè),承船廂弧形工作門以及閘首與承船廂的間隙密封裝置安裝在承船廂上下游兩端。

　　三峽升船機(jī)為上、下雙向通行,其上、下行工作流程一致。以上行為例,升船機(jī)設(shè)備的動(dòng)作及船舶的移動(dòng)依次為:船 廂下降至船廂水位與下游航道水位齊平位置停靠下來(lái),伸出安裝在船廂下游端的間隙密封機(jī)構(gòu)頂緊下閘首工作門,向船廂工作門與下閘首工作門之間的間隙充水,下游端船廂弧形門與下 閘首臥倒門打開(kāi),船廂水域與航道水域連通,船只進(jìn)入承船廂。然后,船廂門和下閘首臥倒門關(guān)閉,間隙水泄水,下游間 隙密封機(jī)構(gòu)退回,船廂對(duì)接鎖定的上、下鎖定螺桿復(fù)位,與螺 母柱脫開(kāi)。

　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng),齒輪沿齒條爬行,船廂以每秒0.2米的速度勻速上升,與此同時(shí),驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)安全機(jī)構(gòu)、對(duì)接鎖定機(jī)構(gòu)的螺桿沿螺母柱空轉(zhuǎn),同步運(yùn)行;當(dāng)船廂運(yùn)行至上游航道水位時(shí),船廂停車,船廂對(duì)接鎖定機(jī)構(gòu)動(dòng)作,上、下鎖定螺桿與螺母柱接觸,上游間隙密封機(jī)構(gòu)伸出與上閘首工作門對(duì)接,間隙充水至與上游水位齊平,閘門開(kāi)啟,船廂水域與上游引航道水域連通,船只駛離船廂。單程通過(guò)時(shí)間約為37分鐘。

　　盛水承船廂是運(yùn)載船舶升降過(guò)壩的載體。3.5米標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行水深的承船廂總重是1.55萬(wàn)噸,根據(jù)阿基米德定律,船只駛?cè)氤写瑤麜?huì)排出同等重量的水,承船廂依舊保持在1.55萬(wàn)噸。由于運(yùn)用物理學(xué)平衡原理在船廂兩側(cè)設(shè)置了同等質(zhì)量的配重,提升或者放下承船廂,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅需克服不平衡質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)阻力(約提升400噸左右重量的力,相當(dāng)于承船廂總重的2.5%左右),船廂即可輕松升降。

　　配重設(shè)置在船廂兩側(cè)塔柱內(nèi),滑輪設(shè)在塔柱的頂部,鋼絲繩繞過(guò)滑輪,一端連著船廂,一端連著配重。滑輪兩側(cè)鋼絲繩的長(zhǎng)度相等時(shí),滑輪兩邊鋼絲的重量也相等,處于絕對(duì)平衡狀態(tài)。運(yùn)行過(guò)程中,承船廂與配重一上一下,滑輪兩邊的鋼絲繩也就隨之一短一長(zhǎng),長(zhǎng)邊的重量增加,平衡被打破。于是,通過(guò)在承船廂和配重下面懸掛平衡鏈補(bǔ)償,使得滑輪兩邊的承船廂和平衡重處于任何位置皆可保持平衡。

　　安裝在承船廂兩側(cè)的4個(gè)齒輪和安裝在混凝土塔柱上的4根齒條,有如機(jī)車的輪子與軌道。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)4個(gè)齒輪在4根齒條上嚙合升降帶動(dòng)承船廂升降,齒輪齒條是升船機(jī)行走的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

　　船廂在上下升降過(guò)程中,齒輪齒條處于受力狀態(tài)。安裝在混凝土塔柱上的齒條承擔(dān)著經(jīng)嚙合齒輪向混凝土塔柱傳遞船廂驅(qū)動(dòng)力的作用,發(fā)生地震時(shí),齒條還作為承載設(shè)備,傳遞船廂與塔柱之間的橫向地震力。

　　齒輪齒條是升船機(jī)的關(guān)鍵部件,其抗磨損能力如何,對(duì)升船機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)初齒輪齒條交由德國(guó)廠商生產(chǎn),但他們?cè)诩庸み^(guò)程中出現(xiàn)了裂紋等瑕疵。三峽集團(tuán)組織鄭州機(jī)械研究所、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)對(duì)德方工藝的制造材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過(guò)兩年探索,制造出不開(kāi)裂的齒條。其后,建設(shè)者們對(duì)其齒輪齒條進(jìn)行疲勞試驗(yàn),結(jié)果試驗(yàn)設(shè)備累壞了,齒輪齒條樣品沒(méi)出現(xiàn)問(wèn)題。經(jīng)測(cè)算,三峽升船機(jī)齒輪齒條壽命約為70年,超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的35年使用壽命。

　　作為升船機(jī)行走機(jī)構(gòu)的齒輪與齒條,需要精確嚙合,同時(shí)還需要呈彈性接觸,具有自動(dòng)適應(yīng)塔柱和船廂變形變位的能力。因?yàn)闊o(wú)論是混凝土還是鋼結(jié)構(gòu),都會(huì)因溫度變化產(chǎn)生變形變位。

　　齒輪與齒條這一變形變位適應(yīng)性技術(shù)是通過(guò)一個(gè)巧妙的齒輪托架機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。齒輪托架機(jī)構(gòu)是一個(gè)可前后搖擺的四連桿支架,具有傳遞、監(jiān)測(cè)并限制齒輪載荷、適應(yīng)塔柱和船廂變形, 從而保持小齒輪與齒條精確嚙合的功能。齒輪托架系統(tǒng)與可伸縮聯(lián)軸器聯(lián)合作用,能自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài),自動(dòng)適應(yīng)傳動(dòng)軸位置誤差,使船廂及其設(shè)備系統(tǒng)適應(yīng)混凝土塔柱因日照等因素產(chǎn)生的溫度變形,保證升船機(jī)升降運(yùn)行過(guò)程不會(huì)發(fā)生卡阻現(xiàn)象。當(dāng)船廂與平衡重系統(tǒng)之間的不平衡力超過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪載荷的設(shè)定值時(shí), 升船機(jī)控制系統(tǒng)電氣制動(dòng)停機(jī),隨不平衡力逐步增加,直至安全機(jī)構(gòu)將船廂鎖定。

　　齒輪齒條構(gòu)成升船機(jī)的行走機(jī)構(gòu),短螺桿長(zhǎng)螺母柱則是升船機(jī)的安全保障機(jī)構(gòu)。短螺桿長(zhǎng)螺母柱安全鎖定裝置簡(jiǎn)單而巧妙。長(zhǎng)螺母柱埋設(shè)在承船廂兩側(cè)的混凝土塔柱上,全高125米,從塔頂一直貫通到塔底。螺母柱為不相連接的兩個(gè)螺母柱片組成,多節(jié)拼裝,螺母柱面向船廂一側(cè)呈90°左右敞開(kāi)狀態(tài),以使嵌套在長(zhǎng)螺母柱里的短螺桿能隨升船機(jī)爬升行走機(jī)構(gòu)同步上升或下降。短螺桿安裝在船廂上。

發(fā)布日期：2018年08月28日