[发明专利]一种水力驱动式升船机系统摩擦力测量方法

说明书

本发明一种水力驱动式升船机系统摩擦力测量方法，属于航道工程监测领域。具体包括以下步骤：(1)安装传感器；(2)测量和计算船厢上行浮力及浮力过程；(3)测量和计算船厢下行浮力及浮力过程；(4)计算船厢在同一高程处的摩擦力；(5)将(4)得到的摩擦力进行平均；(6)最终得到水力驱动式升船机摩擦力‑船厢高程位置关系线。本发明的有益效果在于：提供了一种全新的利用浮力方法极其简单地测量水力式升船机系统摩擦力的方法原理简单，易于实现，数据准确可靠；测量元件少，仅需在卷筒一侧布置传感器；可得到全行程升船机的系统摩擦力。

技术领域

本发明涉及一种水力驱动式升船机系统摩擦力测量方法，具体是一种水力驱动式升船机系统摩擦力的直接测量方法，属于航道工程监测领域。

背景技术

升船机是一种能够克服较大水头差、为船舶提供快捷过坝的通道，与船闸并列为两种主要通航建筑物型式，尤其适用于高坝通航。德国、比利时等欧洲国家大型升船机建设技术水平较高，我国大型升船机起步较晚，但近年来发展迅猛，一批代表性的大型升船机陆续建成，并创造了多项世界之最。规模最大的长江三峡齿轮齿条爬升式升船机已于2016年9月试通航，最大提升重量15500t，最大提升高度113m，船厢有效水域尺寸120m×18m×3.5m(长×宽×水深)，可通过3000t大型船舶；单级提升高度最大的乌江构皮滩钢丝绳卷扬式升船机，最大提升高度127m，可通过500t船舶，目前正在安装调试；我国原创的景洪水力驱动式升船机于2016年8月试通航，可通过500t船舶，也是目前我国建成的最大的船厢下水式升船机。上述三座升船机是目前大型垂直升船机三种主要型式的代表。

升船机系统摩擦力大小一直是设计单位和运行部门较为关注的。系统摩擦力对升船机设计和运行影响主要体现在如下几个方面：设计过程中提升机构的选取，摩擦力对机械系统磨损，摩擦力叠加其他荷载对升船机安全性影响等，对于水力驱动式升船机，浮筒大小和配水也受摩擦力制约。

摩擦力测量方法有很多，最简单的摩擦力测量方法为初中物理课本介绍的，采用弹簧秤拉动木块做匀速直线运动的摩擦力测量方法。在相关摩擦力测量方法中，气缸摩擦力测量文献较多。其测量方法大致分为两种，其一为采用气压驱动，实时测量活塞两端进气腔和排气腔的压力，根据摩擦力和活塞上气压力的平衡方程来间接计算出静、动摩擦力，可称为气缸摩擦力的间接测量法；其二为采用外部牵引驱动，外部驱动元件与气缸之间通过力传感器连接，采集力传感器的输出，结合运动方程获得气缸的静、动摩擦力，可将该方法称为直测法。

水力驱动式升船机是我国自主研发的新式升船机，其相关的机械性能需要通过直接监测获得。现有技术的主要缺陷在于：

(1)水力驱动式升船机是一种新的升船机型式，其摩擦力主要包含了卷筒与卷筒支座、同步轴与轴承支座、船厢导轮与升船机导轨之间的摩擦力，均为滚动摩擦力。摩擦力组成项目多，影响因素复杂，没有合适的方法进行测量。

(2)传统的测量方法都是针对卷扬式升船机的，直接在钢丝绳上设置拉力计来测量，技术复杂并且对船闸正常运行有较大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种水力驱动式升船机系统摩擦力测量方法，以获得水力驱动式升船机的系统摩擦力大小。

本发明达到上述目的的技术方案是：一种水力驱动式升船机系统摩擦力测量方法，从升船机整个系统考虑升船机摩擦力，在竖井底部布置水位传感器和竖井顶部布置激光位移传感器，通监测升船机匀速上行与下行或换向过程中竖井水位和浮筒位置数据，计算出浮筒浮力变化，进而转换为升船机系统摩擦力。

一种水力驱动式升船机系统摩擦力测量方法，实现系统摩擦力测量的原理是：

(1)在船厢匀速上行和下行及换向过程中，由于系统摩擦力对相对运行的阻碍作用，导致浮筒浮力发生变化；

(2)监控竖井水面和浮筒位置，可以得到浮筒浮力变化；