一种升船机中应用的安全型液气弹簧装置及其载荷转移方法制造方法及图纸

一种升船机中应用的安全型液气弹簧装置，包括支架、测量轴、下法兰、导向轴套、自润滑轴承、液气弹簧油缸、拉杆、上法兰、自润滑滑动套筒、气囊式蓄能器及油管；支架下端固定安装在承船厢结构上，液气弹簧油缸中部的支铰轴通过自润滑轴承支承于支架；上活塞杆端部与上法兰通过螺纹进行连接，液气弹簧油缸的下活塞杆下端通过导向轴套与下法兰的安装孔以间隙配合装配，测量轴下端和齿轮托架机构底梁形成铰接结构；拉杆上端套于带法兰的自润滑轴套内孔且顶部以螺母定位，拉杆下端通过底部的测量轴与齿轮托架机构底梁形成铰接，气囊式蓄能器通过油管和无杆腔相通；实现船厢竖向支承由小齿轮和齿条向安全机构旋转螺杆和螺母柱平稳过渡的功能,提高了安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种升船机中应用的安全型液气弹簧装置及其载荷转移方法
本专利技术涉及到一种液气弹簧装置，更加具体来说是一种适合齿轮齿条爬升式垂直升船机在承船厢发生失衡事故时,通过双活塞杆的运动以及相应的位移-载荷机械特性,实现承船厢双向事故载荷由驱动机构齿轮齿条向安全机构转移的安全型液气弹簧装置及其载荷转移方法。
技术介绍
垂直升船机作为一种通航设施，由于其船舶过坝时间且较短且适合高坝通航，在水利枢纽得到日益广泛的应用。齿轮齿条全平衡式垂直升船机以其高安全性在大型船舶过坝的水利枢纽中得到应用，如三峡水利枢纽3000t齿轮齿条爬升式垂直升船机和向家坝水电站1000t级齿轮齿条爬升式垂直升船机，该两座升船机居目前我国已建和在建升船机规模之首，其中三峡升船机是目前世界上规模最大的升船机。全平衡垂直升船机船厢设计总重和悬吊平衡重总重相等，因而驱动承船厢运行仅需克服由承船厢水深引起的误载水重、滑轮轴承摩阻力、钢丝绳僵性阻力和惯性力等载荷。全平衡齿轮齿体爬升式升船机一个最重要的特点是承船厢的升降运行采用采用开式齿轮和齿条啮合的驱动方式，其中开式齿轮安装在承船厢上,齿条在塔柱运行高度内安装；同时设置安全机构,用于承船厢发生失衡事故时为其提供支承，因而是一种安全性很高的升船机。安全机构通过机械轴传动系统与驱动机构相连，使驱动机构开式齿轮的线速度与安全机构旋转螺杆升降速度相同；但现有技术中的齿轮齿条全平衡式垂直升船机的驱动机构的开式齿轮经常会发生在承船厢发生失衡事故时往往会承受较大的事故载荷导致齿轮损坏的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的齿轮齿条全平衡式垂直升船机的驱动机构的开式齿轮在承船厢发生失衡事故时往往会承受较大的事故载荷导致齿轮损坏的问题。本专利技术采用的技术方案是：一种升船机中应用的安全型液气弹簧装置，：包括支架、测量轴、下法兰、导向轴套、自润滑轴承、液气弹簧油缸、拉杆、上法兰、自润滑滑动套筒、气囊式蓄能器及油管；所述支架的下端固定安装在承船厢结构上，气弹簧油缸采用双活塞杆式，液气弹簧油缸中部的支铰轴通过自润滑轴承支承于支架；液气弹簧油缸的上活塞杆端部与上法兰通过螺纹进行连接，液气弹簧油缸的下活塞杆下端通过导向轴套与下法兰的安装孔以间隙配合装配，测量轴固定安装在下法兰的下端且其下端和齿轮托架机构底梁形成铰接结构；上、下法兰通过拉杆相连，上法兰的上法兰拉杆安装孔上安装了带法兰的自润滑滑动套筒，拉杆上端套于带法兰的自润滑滑动套筒内孔且顶部以螺母定位，拉杆下端则通过螺母固定于下法兰；通过底部的测量轴与齿轮托架机构底梁形成铰接，从而与小齿轮托架共同组成传力系统，将升船机升降工况下承船厢的不平衡载荷传递至塔柱；所述气囊式蓄能器通过油管和液气弹簧油缸的无杆腔相通；液气弹簧油缸与外部液压泵站的气囊式蓄能器连通，液气弹簧预紧力由气囊式蓄能器的油压确定，并可根据需要调整；油缸与气囊式蓄能器组成的液气弹簧具有预压缩非线性弹簧的位移载荷特性：当齿轮载荷小于由气囊式蓄能器油压确定的预紧载荷时，液气弹簧油缸两端的活塞被油压力顶靠在液气弹簧油缸缸体的两端，液气弹簧油缸两端的活塞保持初始位置，从而维持驱动机构齿轮与齿条啮合的正常承载和运行；当齿轮负荷超过预紧载荷时，双活塞杆液气弹簧油缸无杆腔的油压超过初始值，并压缩气囊式蓄能器的气囊的气体使气体体积缩小，无杆腔内的油液进入气囊式蓄能器，使液气弹簧油缸的受压活塞产生轴向位移；并由此产生测量轴下部与小齿轮托架底梁的连接铰点的上下移动以及液气弹簧油缸绕与承船厢连接支铰的转动,从而引发小齿轮托架的运动,使安全机构旋转螺杆与螺母柱螺纹副间隙减小，直至安全机构螺纹副间隙消失，最终形成安全机构承受承船厢不平衡载荷的几何接触条件；当齿轮齿齿条爬升式升船机承船厢发生失衡事故时，通过液气弹簧油缸上活塞杆和下活塞杆的轴向移动，位于液气弹簧底部的测量轴与小齿轮托架底梁的铰接处发生上下位移。进一步的，所述底部测量轴通过装配在下法兰轴孔内的自调心滚动轴承以及底梁端部的支铰孔内与齿轮托架机构底梁形成铰接，并通过安装在底梁端部的轴端挡板和连接螺钉进行轴向定位。进一步的，所述支架包括底板、竖向板及加强三角板，底板通过底板螺栓和承船厢结构相连，竖向板垂直安装在底板的上端面，起加强作用的加强三角板的两个侧边分别固定安装在底板、竖向板上。所述的升船机中应用的安全型液气弹簧装置的载荷转移方法，包括如下步骤：步骤一：设定液气弹簧油缸行程，液气弹簧油缸的行程是液气弹簧装置较为重要的参数，油缸的行程必须保证安全机构螺纹间隙消失后液气弹簧油缸尚保留一定的富裕行程，以避免安全机构螺纹间隙尚未消失而油缸行程已用尽而发生安全机构无法提供支承的事故；为此，螺纹间隙应尽量考虑较大值，即上下螺纹间隙不相等而偏向一侧时的较大间隙值，同时应考虑安全机构和驱动机构所在承船厢结构在承船厢发生失衡事故时的变位差值；液气弹簧油缸行程按下式计算：fs＝2(2dsb+df+dm-5mm)式中，fs为液气弹簧油缸行程；dsb为安全机构理论螺纹间隙(即上下螺纹副间隙相等时的螺纹间隙值)；df为安全机构和驱动机构所在承船厢结构在承船厢发生失衡事故时的变位差值；dm为油缸行程的裕度；上式中2dsb-5mm代表由于各种原因使上下螺纹副不均衡而导致的单侧最大螺纹间隙；步骤二：设定气囊式蓄能器充气后的初始压力p0和初始体积V0；步骤三：在升船机实际运行中，当升船机承船厢与上下闸首对接过程结束，集控总站发出“船厢升降运行”指令时，启动外部液压系统向气囊式蓄能器注入压力油液，使其初始压力为p0，从而使驱动机构小齿轮托架形成升降过程承船厢的支承结构；当液气弹簧装置在测量轴部位承受小齿轮托架底梁传递的竖直向下载荷时,该载荷经过下法兰、带螺纹拉杆、上法兰盘传递至上部活塞杆，形成上部活塞对液气弹簧油缸无杆腔的压力；当该向下载荷小于由气囊式蓄能器设定的液气弹簧油缸无杆腔内油液对上部活塞杆的初始油压力时，上部活塞杆保持不动；当该向下载荷大于液气弹簧油缸无杆腔油液初始设定值时，所产生的无杆腔内油液压缩气囊式蓄能器的空气，从而使上部活塞杆向下移动，从而使液气弹簧油缸无杆腔的体积减小,进一步压缩气囊式蓄能器的气体,使液气弹簧油缸无杆腔的压力增大；与此同时，下法兰在向下的外部载荷作用下亦同时向下位移，此时与下活塞杆底端螺纹连接的导向轴套相对于下法兰内孔相对滑动，从而使下活塞杆不受外载荷作用，并相对于液气弹簧油缸缸体保持静止；下法兰及其测量轴向下的运动可引发小齿轮托架机构的对应运动，从而使承船厢产生向下的位移，导致安全机构旋转螺杆和螺母柱的下部螺纹间隙减小；当液气弹簧装置在测量轴部位承受小齿轮托架底梁传递的竖直向上的载荷时,该载荷通过导向轴套传递至下部活塞杆，形成下部活塞对液气弹簧油缸无杆腔的压力；当该向上的载荷小于由气囊式蓄能器设定的液气弹簧油缸无杆腔内油液对下部活塞杆的初始油压力时，下部活塞杆保持不动；当该向上的载荷大于液气弹簧油缸无杆腔内油液初始设定值时，所产生的油杆腔内油液压缩气囊式蓄能器的空气，从而使下部活塞杆向上移动，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种升船机中应用的安全型液气弹簧装置，其特征在于：包括支架(1)、测量轴(2)、下法兰(3)、导向轴套(4)、自润滑轴承(5)、液气弹簧油缸(6)、拉杆(7)、上法兰(8)、自润滑滑动套筒(9)、气囊式蓄能器(10)及油管(11)；/n所述支架(1)的下端固定安装在承船厢结构(18)上，气弹簧油缸(6)采用双活塞杆式，液气弹簧油缸(6)中部的支铰轴(6-3)通过自润滑轴承(5)支承于支架(1)；液气弹簧油缸(6)的上活塞杆(6-1)端部与上法兰(8)通过螺纹进行连接，液气弹簧油缸(6)的下活塞杆(6-2)下端通过导向轴套(4)与下法兰(3)的安装孔(3-1)以间隙配合装配，测量轴(2)固定安装在下法兰(3)的下端且其下端和齿轮托架机构底梁形成铰接结构；上、下法兰通过拉杆(7)相连，上法兰(8)的上法兰拉杆安装孔(81)上安装了带法兰的自润滑滑动套筒(9)，拉杆(7)上端套于带法兰的自润滑滑动套筒(9)内孔且顶部以螺母定位，拉杆(7)下端则通过螺母固定于下法兰(3)；通过底部的测量轴与齿轮托架机构底梁形成铰接，从而与小齿轮托架共同组成传力系统，将升船机升降工况下承船厢的不平衡载荷传递至塔柱；所述气囊式蓄能器(10)通过油管(11)和液气弹簧油缸(6)的无杆腔(6-4)相通；/n液气弹簧油缸(6)与外部液压泵站的气囊式蓄能器(10)连通，液气弹簧预紧力由蓄能器的油压确定，并可根据需要调整；油缸与蓄能器组成的液气弹簧具有预压缩非线性弹簧的位移载荷特性：当齿轮载荷小于由蓄能器油压确定的预紧载荷时，液气弹簧油缸(6)两端的活塞被油压力顶靠在液气弹簧油缸(6)缸体的两端，液气弹簧油缸(6)两端的活塞保持初始位置，从而维持驱动机构齿轮与齿条啮合的正常承载和运行；当齿轮负荷超过预紧载荷时，双活塞杆液气弹簧油缸无杆腔(15)的油压超过初始值，并压缩蓄能器的气囊(10-1)的气体使气体体积缩小，无杆腔(6-4)内的油液进入蓄能器(10)，使液气弹簧油缸(6)的受压活塞产生轴向位移；并由此产生测量轴(2)下部与小齿轮托架底梁(16)的连接铰点的上下移动以及液气弹簧油缸(6)绕与承船厢连接支铰的转动,从而引发小齿轮托架(17)的运动,使安全机构旋转螺杆与螺母柱螺纹副间隙减小，直至安全机构螺纹副间隙消失，最终形成安全机构承受承船厢不平衡载荷的几何接触条件；当齿轮齿齿条爬升式升船机承船厢发生失衡事故时，通过液气弹簧油缸上活塞杆(6-1)和下活塞杆(6-2)的轴向移动，位于液气弹簧底部的测量轴(2)与小齿轮托架底梁(16)的铰接处发生上下位移,实现船厢竖向支承由小齿轮和齿条向安全机构旋转螺杆和螺母柱平稳过渡。/n...

【技术特征摘要】
1.一种升船机中应用的安全型液气弹簧装置，其特征在于：包括支架(1)、测量轴(2)、下法兰(3)、导向轴套(4)、自润滑轴承(5)、液气弹簧油缸(6)、拉杆(7)、上法兰(8)、自润滑滑动套筒(9)、气囊式蓄能器(10)及油管(11)；
所述支架(1)的下端固定安装在承船厢结构(18)上，气弹簧油缸(6)采用双活塞杆式，液气弹簧油缸(6)中部的支铰轴(6-3)通过自润滑轴承(5)支承于支架(1)；液气弹簧油缸(6)的上活塞杆(6-1)端部与上法兰(8)通过螺纹进行连接，液气弹簧油缸(6)的下活塞杆(6-2)下端通过导向轴套(4)与下法兰(3)的安装孔(3-1)以间隙配合装配，测量轴(2)固定安装在下法兰(3)的下端且其下端和齿轮托架机构底梁形成铰接结构；上、下法兰通过拉杆(7)相连，上法兰(8)的上法兰拉杆安装孔(81)上安装了带法兰的自润滑滑动套筒(9)，拉杆(7)上端套于带法兰的自润滑滑动套筒(9)内孔且顶部以螺母定位，拉杆(7)下端则通过螺母固定于下法兰(3)；通过底部的测量轴与齿轮托架机构底梁形成铰接，从而与小齿轮托架共同组成传力系统，将升船机升降工况下承船厢的不平衡载荷传递至塔柱；所述气囊式蓄能器(10)通过油管(11)和液气弹簧油缸(6)的无杆腔(6-4)相通；
液气弹簧油缸(6)与外部液压泵站的气囊式蓄能器(10)连通，液气弹簧预紧力由蓄能器的油压确定，并可根据需要调整；油缸与蓄能器组成的液气弹簧具有预压缩非线性弹簧的位移载荷特性：当齿轮载荷小于由蓄能器油压确定的预紧载荷时，液气弹簧油缸(6)两端的活塞被油压力顶靠在液气弹簧油缸(6)缸体的两端，液气弹簧油缸(6)两端的活塞保持初始位置，从而维持驱动机构齿轮与齿条啮合的正常承载和运行；当齿轮负荷超过预紧载荷时，双活塞杆液气弹簧油缸无杆腔(15)的油压超过初始值，并压缩蓄能器的气囊(10-1)的气体使气体体积缩小，无杆腔(6-4)内的油液进入蓄能器(10)，使液气弹簧油缸(6)的受压活塞产生轴向位移；并由此产生测量轴(2)下部与小齿轮托架底梁(16)的连接铰点的上下移动以及液气弹簧油缸(6)绕与承船厢连接支铰的转动,从而引发小齿轮托架(17)的运动,使安全机构旋转螺杆与螺母柱螺纹副间隙减小，直至安全机构螺纹副间隙消失，最终形成安全机构承受承船厢不平衡载荷的几何接触条件；当齿轮齿齿条爬升式升船机承船厢发生失衡事故时，通过液气弹簧油缸上活塞杆(6-1)和下活塞杆(6-2)的轴向移动，位于液气弹簧底部的测量轴(2)与小齿轮托架底梁(16)的铰接处发生上下位移,实现船厢竖向支承由小齿轮和齿条向安全机构旋转螺杆和螺母柱平稳过渡。


2.根据权利要求1所述的升船机中应用的安全型液气弹簧装置，其特征在于：所述底部测量轴(2)通过装配在下法兰(3)轴孔内的自调心滚动轴承(12)以及底梁端部的支铰孔内与齿轮托架机构底梁形成铰接。


3.根据权利要求1所述的升船机中应用的安全型液气弹簧装置，其特征在于：所述支架(1)包括底板(1-1)、竖向板(1-2)及加强三角板(1-3)，底板(1-1)通过底板螺栓(15)和承船厢结构(18)相连，竖向板(1-2)垂直安装在底板(1-1)的上端面，起加强作用的加强三角板(1-3)的两个侧边分别固定安装在底板(1-1)、竖向板(1-2)上。


4.根据权利要求1所述的升船机中应用的安全型液气弹簧装置的载荷转移方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：设定液气弹簧油缸行程，油缸的行程必须保证安全机构螺纹间隙消失后液气弹簧油缸尚保留一定的富裕行程，以避免安全机构螺纹间隙尚未消失而油缸行程已用尽而发生安全机构无法提供支承的事故；为此，螺纹间隙应尽量考虑较大值，即上下螺纹间隙不相等而偏向一侧时的较大间隙值，同时应考虑安全机构和驱动机构所在承船厢结构在承船厢发生失衡事故时的变位差值；液气弹簧油缸行程按下式计算：
fs＝2(2dsb+df+dm-5mm)
式中，fs为液气弹簧油缸行程；dsb为安全机构理论螺纹间隙(即上下螺纹副间隙相等时的螺纹间隙值)；df为安全机构和驱动机构所在承船厢结构在承船厢发生失衡事故时的变位差值；dm为油缸行程的裕度；上式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖乐康，于庆奎，王可，方杨，余友安，汪碧飞，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42