“举重若轻”的三峡升船机
起初,三峡升船机采用的是钢丝绳卷扬机提升方案,原理类似于楼宇中的电梯,利用卷扬机绞动钢丝绳,提拉承船厢实现上升和下降。此方案后被证实无法保持承船厢平衡,容易导致船只倾覆。于是,三峡集团改用齿轮齿条爬升方案,通过平衡系统来平衡承船厢的重量,负责承船厢升降的齿轮只需克服摩擦做功。
升船机的平衡重组示意图。
承船厢满载水时总重15500吨。当船只驶入承船厢,系统会排出与船只同等重量的水,承船厢总重依旧保持15500吨。因此,只需设置总重15500吨平衡重组来平衡承船厢的重力即可。
16组平衡重组均匀分布在两侧塔柱内,每组平衡重组由16根钢丝绳绕过塔柱顶端的滑轮组,与承船厢相连。这就确保了承船厢在任意高度都与平衡重组保持平衡。
驱动机构升降承船厢时,只需给予承船厢400吨左右的力量克服阻力和加速运动,不需要为了承担15500吨重量而耗费大量电能。
承船厢通过齿轮爬行实现升降
升船机升降示意图。
在三峡升船机内部,承船厢的两侧各有两组巨大的齿条,它们从承船厢运行的最低高程延伸到最高高程。在承船厢两边对应的位置各有两组动力系统。动力系统带动四组小齿轮同步旋转,在四组齿条上爬升或下降,从而带动承船厢沿着齿条升降。
四组螺旋锁定装置防止承船厢跌落或冲顶
三峡升船机承船厢15500吨的自重是通过同等重量的平衡重组来平衡着的,若是没有安全系统,升船机出现意外,其严重后果可不仅是跌落。一旦承船厢水漏光,它就会在平衡重组重力的影响下而快速冲顶。
因此,为了保障安全,三峡升船机采用了专家认为最安全的方案——螺旋锁定装置,利用对称安装的柱状螺母与短螺杆相旋合来实现承船厢锁定和运行。其中,柱状螺母的长度从塔顶一直延续到底部,而承船厢两侧对应位置的两组短螺杆则嵌套在螺母柱中。
升船机的安全系统示意图。
承船厢升降时,短螺杆同步自转,并在螺母柱里旋转上下,但与螺母柱保持60毫米的间隙,不发生摩擦。当承船厢不平衡或重量发生异常,就会立即停止驱动系统。不平衡载荷持续增加超过液气弹簧的预紧值时,液气弹簧动作,短螺杆与螺母柱之间的间隙逐渐消失,和螺母柱贴合,用摩擦力及时将承船厢锁定在布置在塔柱结构的螺母柱上。
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