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三峽升船機主體結構及功能

　　三峽升船機布置在樞紐工程的左岸,雙線五級船閘的右側。其核心建筑是上閘首、下閘首、承重塔柱。高達146米的 承重塔柱支撐著承船廂及平衡重共3.1萬噸的重量,支撐著承 船廂最高113米的垂直升降。

　　升船機的承船廂為鋼結構,作為船舶進出承船廂通道的上、下閘首為整體式U型混凝土結構。上、下閘首皆設有一道可翻轉的臥倒門,關閉時阻隔上、下游航道里的水體,臥倒打 開時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×寬×高)。升船機的主要機電設備如驅動系統、船廂門及其啟閉機等皆安裝在船廂上。承船廂上下行走的齒輪、對接鎖定安全機構的短鏍桿安裝在承船廂的兩側,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,升船機設備的動作及船舶的移動依次為:船 廂下降至船廂水位與下游航道水位齊平位置停靠下來,伸出安裝在船廂下游端的間隙密封機構頂緊下閘首工作門,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,船廂水域與航道水域連通,船只進入承船廂。然后,船廂門和下閘首臥倒門關閉,間隙水泄水,下游間 隙密封機構退回,船廂對接鎖定的上、下鎖定螺桿復位,與螺 母柱脫開。

　　驅動機構啟動,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,驅動機構驅動安全機構、對接鎖定機構的螺桿沿螺母柱空轉,同步運行;當船廂運行至上游航道水位時,船廂停車,船廂對接鎖定機構動作,上、下鎖定螺桿與螺母柱接觸,上游間隙密封機構伸出與上閘首工作門對接,間隙充水至與上游水位齊平,閘門開啟,船廂水域與上游引航道水域連通,船只駛離船廂。單程通過時間約為37分鐘。

　　盛水承船廂是運載船舶升降過壩的載體。3.5米標準運行水深的承船廂總重是1.55萬噸,根據阿基米德定律,船只駛入承船廂會排出同等重量的水,承船廂依舊保持在1.55萬噸。由于運用物理學平衡原理在船廂兩側設置了同等質量的配重,提升或者放下承船廂,驅動機構僅需克服不平衡質量和運動阻力(約提升400噸左右重量的力,相當于承船廂總重的2.5%左右),船廂即可輕松升降。

　　配重設置在船廂兩側塔柱內,滑輪設在塔柱的頂部,鋼絲繩繞過滑輪,一端連著船廂,一端連著配重。滑輪兩側鋼絲繩的長度相等時,滑輪兩邊鋼絲的重量也相等,處于絕對平衡狀態。運行過程中,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,長邊的重量增加,平衡被打破。于是,通過在承船廂和配重下面懸掛平衡鏈補償,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。

　　安裝在承船廂兩側的4個齒輪和安裝在混凝土塔柱上的4根齒條,有如機車的輪子與軌道。驅動機構推動4個齒輪在4根齒條上嚙合升降帶動承船廂升降,齒輪齒條是升船機行走的導向機構。

　　船廂在上下升降過程中,齒輪齒條處于受力狀態。安裝在混凝土塔柱上的齒條承擔著經嚙合齒輪向混凝土塔柱傳遞船廂驅動力的作用,發生地震時,齒條還作為承載設備,傳遞船廂與塔柱之間的橫向地震力。

　　齒輪齒條是升船機的關鍵部件,其抗磨損能力如何,對升船機的安全運行至關重要。當初齒輪齒條交由德國廠商生產,但他們在加工過程中出現了裂紋等瑕疵。三峽集團組織鄭州機械研究所、中國第二重型機械集團對德方工藝的制造材質進行調整。經過兩年探索,制造出不開裂的齒條。其后,建設者們對其齒輪齒條進行疲勞試驗,結果試驗設備累壞了,齒輪齒條樣品沒出現問題。經測算,三峽升船機齒輪齒條壽命約為70年,超過設計規定的35年使用壽命。

　　作為升船機行走機構的齒輪與齒條,需要精確嚙合,同時還需要呈彈性接觸,具有自動適應塔柱和船廂變形變位的能力。因為無論是混凝土還是鋼結構,都會因溫度變化產生變形變位。

　　齒輪與齒條這一變形變位適應性技術是通過一個巧妙的齒輪托架機構來實現的。齒輪托架機構是一個可前后搖擺的四連桿支架,具有傳遞、監測并限制齒輪載荷、適應塔柱和船廂變形, 從而保持小齒輪與齒條精確嚙合的功能。齒輪托架系統與可伸縮聯軸器聯合作用,能自動調整工作狀態,自動適應傳動軸位置誤差,使船廂及其設備系統適應混凝土塔柱因日照等因素產生的溫度變形,保證升船機升降運行過程不會發生卡阻現象。當船廂與平衡重系統之間的不平衡力超過驅動機構齒輪載荷的設定值時, 升船機控制系統電氣制動停機,隨不平衡力逐步增加,直至安全機構將船廂鎖定。

　　齒輪齒條構成升船機的行走機構,短螺桿長螺母柱則是升船機的安全保障機構。短螺桿長螺母柱安全鎖定裝置簡單而巧妙。長螺母柱埋設在承船廂兩側的混凝土塔柱上,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螺母柱片組成,多節拼裝,螺母柱面向船廂一側呈90°左右敞開狀態,以使嵌套在長螺母柱里的短螺桿能隨升船機爬升行走機構同步上升或下降。短螺桿安裝在船廂上。

發布日期：2018年08月28日