專利名稱：垂直升船機的螺母鎖緊顎部件組成的保護系統(tǒng)之改良構造的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在主要由鋼筋混凝土組成的垂直升船機中發(fā)生意外時 的一種保護系統(tǒng)。它特別涉及建立在螺母鎖緊顎部件基礎上的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在升降運行過程中可以帶間隙地、非接觸地導引 一螺桿狀的螺 紋(旋轉桿)。
背景技術：
每個航道系統(tǒng)都有 一 固定的集水區(qū)，這就是說所有流出的水都通 過次航道最后匯集到主航道。兩個集水區(qū)間的分界形成了分水嶺。為 了使船舶通過一個航道系統(tǒng)到達另一個航道系統(tǒng)，就必須越過這個分 水嶺。
這個目的由升船機來實現(xiàn)。三類基本的升船機之間的區(qū)別為(來
源Wikipedia ):
1. )垂直升船機在垂直方向向上或向下運送船舶。在一種變體中， 這里所使用的承船廂用纜繩吊著并且用平衡重來平衡，因此與普通的 電梯沒有區(qū)別。在另一種變體中，承船廂固定在浮筒上，這些浮筒漂 浮在位于地下深處的水箱(所謂的浸水坑或水井)。第三種變體是水 壓式升船機(在比利時和英國可以找到這樣的例子)，在這種升船機 中總是有兩個通過水壓管互連的承船廂。
2. )斜面升船機通過一個斜坡運送船舶，這種情況下承船廂運行 在軌道上并且用平衡重來平衡。這里的承船廂可以被縱向或橫向運輸。 除了在裝水的承船廂中運輸船舶以外，也可能進行干運，這種情況下， 通過運輸架(斜坡)從水中拉出船舶，這種系統(tǒng)也被稱作船排(marine railway)(例如,東普魯士的Elbing-Osterode運河或者 OberUndischer運河(波蘭語Kanal Elbl譯ski ),還有加拿大 Trent-and Severn航道的"大斜道船排")。
采用濕運的斜面升船機的一種特殊變體是水坡式升船機，在該升 船機中船舶不是裝在承船廂里運輸，而是漂浮在水中，由斜坡和"楔形水體"共同推動。在法國南部有兩個這種升船機， 一個在Canaldu Midi ( Fonserannes的樞紐碼頭)， 一個在Montech的Canal lateral & la Garonne (加倫河畔運河)。
3.)旋轉升船機通過兩個繞中心軸旋轉的吊艙來運輸船舶。 在濕運的情況下，因為船舶擠出了與它相同重量的水(阿基米德 定律)，所以不論有沒有船，承船廂的重量總是相等的。因而，能夠 準確地設置平衡重或浮筒的浮力，其結果是所需的與轉移重量相關的 驅動力非常小。這樣，例如，為了提升重約5800噸的承船廂， Scharnebeck bei Uineburg升船機只需要四個160kW的電機，即總共 產生約870公制馬力。
通過使承船廂接近上游閘門比接近下游閘門時更深， 一些升船機 完全不需要外力就能運轉。所以承船廂在頂部時注水更多，這樣它就 重于平衡重；在下游閘門處水面平齊之后，承船廂繼而輕于平衡重。
本發(fā)明涉及垂直升船機。
在這種升船機的情況下，船舶從上游或下游進入承船廂。關閉承 船廂，然后垂直地把它移動到對面的另一端。由于承船廂中的水平面 是固定的，根據(jù)阿基米德定律船舶的重量對承船廂的負荷毫無影響。 然而，為了使升降操作所必需的能量保持在低水平，配備了平衡重， 它幾乎等于承重廂的總重量(原理圖見圖1)。
有兩種垂直升船機， 一種主要由鋼組成，另一種主要由低維護的 鋼筋混凝土組成。在本發(fā)明所涉及的后者中，承船廂和平衡重的所有 載荷都通過鋼絲繩滑輪支撐傳遞到鋼筋混凝土制成的實體構造之中。
在發(fā)生事故的情況下，也就是說承船廂與平衡重之間失去平衡， 比如，由于承船廂中注水過多或者失水過多，就要提供承船廂保護系 統(tǒng)。
本發(fā)明的前身在如1913年5月28日申請的CH-64151的權利要求 1， 5， 6及8項中有所描述。
"專利
權利要求
升船機，其特征在于，為了分散巨大的載荷和 慣性力，承船廂由若干(至少兩個)帶平衡重的支撐部件支撐，并且為了把垂直移動傳遞給承船廂，對若干(至少兩個)獨立的支撐部件 配置了自行操作的驅動部件。
5. 根據(jù)專利權利要求的升船機，其特征在于可旋轉的螺旋部分連 接到該承船廂，且位于該承船廂上的這些螺旋部分各自與 一個固定的 螺紋嚙合，并且被驅動的方式為當承船廂和支撐部件的平衡重達到平 衡時，這些螺旋部分可以沿著反向螺紋旋轉，但如果失去平衡，這些 螺旋部分以一種制動作用抵靠在這些反向螺紋上，這樣使承船廂停止。
6. 根據(jù)專利權利要求及其從屬權利要求5的升船機，其特征在于 這些螺旋部分形成了多個螺紋盤，并且每個螺紋盤的反向螺紋構成一 個螺母螺紋，該螺母螺紋設置在以固定方式排列在承船廂側面的一個 柱體的內壁上。
8.根據(jù)專利權利要求書及從屬權利要求5的升船機，其特征在于 螺旋部分被給予相對于承船廂移動一定的提前量，為了保證這些螺旋 部分可靠地離開前面(相對于承船廂運動的方向)的反螺紋表面，這 樣可以避免由于螺紋的不精密以及支撐和驅動部件的伸長造成的阻 塞。，，
在1923年8月29日公開的DE380377中描述了對CH-64151中公 開的實施方案的改進。
例如，該系統(tǒng)的更新的形式包括一個由旋轉桿(對應于CH-64151 的可旋轉的螺旋部分)和一個螺母鎖緊顎柱(見圖2)(對應于CH-64151 的固定螺母螺紋柱的一種縱向劈開的形式)的組合，其中鑄鋼制成的 螺母鎖緊顎部件是由單獨的部件(一般4-5m長)組成的，這些部件依 次往上排列并且它們中的每一個都剛性地錨固在臨近的鋼筋混凝土 中，這樣當意外發(fā)生時，它能夠承受所有的力并把力傳遞給混凝土。旋轉桿(或者心軸)好像形成了螺桿，螺母鎖緊顎形成了螺紋， 雖然在正常的運行情況下，它們無接觸地運行， 一個在另一個內部(帶
間隙的螺桿)(對應于CH-64151的權利要求8)。這是通過一個控制 系統(tǒng)實現(xiàn)的，該控制系統(tǒng)與升降運作同步旋轉該旋轉桿以至于可以保 持與螺母鎖緊顎部件螺紋間的間隙。例如，合適的垂直間隙是30毫米。 在發(fā)生意外的情況下， 一套機械裝置保證旋轉桿與螺母鎖緊顎部 件之間的間隙被取消，并且旋轉桿落在螺母鎖緊顎部件上或者(在承 船廂變輕的情況下)向上被頂在螺母鎖緊顎螺紋上。此時，每一螺母 鎖緊顎所需承受的力達到10000千牛頓，甚至更大。
承船廂的超載在螺母鎖緊顎上產生一個指向下方的力。 卸空承船廂產生一個指向上方的力，因為平衡重要把承船廂往上拉。
根據(jù)現(xiàn)有技術，鋼筋混凝土制成的垂直升船機中這些巨大的力是 通過螺母鎖緊顎傳遞給位于后面的鋼筋混凝土構造。 這是非常復雜的，因為
-旋轉桿能夠落在每個單獨的螺母鎖緊顎段上，隨后全部的載荷 必須從這個單獨的段傳遞給鋼筋混凝土構造，
-從螺母鎖緊顎到鋼筋混凝土的剪切力的傳遞只能通過互鎖裝置 或剪切凸緣來實現(xiàn)，
-必須要承受"彎曲力矩"(螺母鎖緊顎螺紋上落下的載荷x到鋼 筋混凝土的杠桿臂)，例如通過把螺母鎖緊顎緊固在鋼筋混凝土上，
-傳遞到鋼筋混凝土的栽荷必須通過松弛的和預加應力的增強物 在地基中得到支撐，
-由于極端的精度要求，把螺母鎖緊顎部件安裝在第一階段的混 凝土中是不可能的，還需要與第一階段混凝土對齊的第二階段混凝土，
-狹窄的空間狀況使得工作更加困難。
另外，最終承受載荷的鋼筋混凝土部分多年來需經受收縮和蠕變 過程，結果是幾乎不可能滿足尺寸公差的極端要求。由于同鋼筋混凝 土互鎖，必須用很大的努力才可能調整螺母鎖緊顎部件(必須撬開整個第二階段的混凝土)。
這同樣適用于替換一個單獨的螺母鎖緊顎部件。
發(fā)明目的
因此本發(fā)明的目的就是提供可以避免這些缺點的一種構造。
附圖應看作是示意圖。
圖l是表示了本發(fā)明適用的根據(jù)現(xiàn)有技術的垂直升船機的原理圖。
圖2表示了根據(jù)現(xiàn)有技術單獨的螺母鎖緊顎部件(1 )與混凝土( 3 ) 之間標準的固定方式。
圖3,相反，是螺母鎖緊顎部件柱的橫截面視圖(在接合區(qū)域)， 示出了具有預應力螺母鎖緊顎部件(1 )的本發(fā)明的一個實施方案變體。
圖4a顯示了螺母鎖緊顎部件柱與載荷傳遞構造的縱截面視圖。為 了清晰度的原因，省略了旋轉桿(9)。
圖4b顯示了上頂板(10)的俯視圖。
圖4c顯示了下頂板(6)的仰視圖。
圖4d顯示了用于力傳遞的鋼構造(5)的橫截面。
圖4e顯示了發(fā)生事故的情況下把栽荷傳遞給地基的底板(13)的 橫截面。
參考標號列表
1 螺母鎖緊顎部件
2 應力部件
3 鋼筋混凝土
4 切口
5 用于力傳遞的鋼構造
6 固定錨的頂板
7 固定錨
8 應力錨9 旋轉桿
10 應力錨的頂板(錨定板)
11 Gewi⑧鋼桿
12 補償砂漿層
13 底板
14 鋼錨定板
15 導軌/導向件16的鋼支撐件
16 導軌/導向件 17楔
18 焊縫
19 水泥漿
20 補償板
21 齒輪階梯形齒條
22錨定(有預應力，沒有與混凝土砌合連接)
2 3 與第二階段混凝土互鎖的螺母鎖緊顎部件
24 承船廂
25 纜繩
26 纜繩重平衡鏈
27 平衡重
28 纜繩滑輪
29 第一階段混凝土
30 第二階段混凝土
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過權利要求1的特征部分所限定的特征而實現(xiàn)的。
為此，本發(fā)明提供的安排是不通過每個螺母鎖緊顎部件的非常長 且昂貴的錨定把巨大的力水平傳遞到厚重的鋼筋混凝土( 3),而是連 接這些螺母鎖緊顎部件(1),這些螺母鎖緊顎部件依次向上排列，從 而形成一個靜態(tài)有效的整體單元，該整體單元作為一個總組件承受在 意外情況下產生的力，然后對力進行傳遞。由于力被分散在更大的面積以及更多的錨上，所以當把力水平傳遞給混凝土時，不需要太復雜 的錨固。
然而，事實上更優(yōu)選把發(fā)生意外時產生的垂直力從由依次向上排 列的螺母鎖緊顎部件(1 )組成的螺母鎖緊顎柱直接傳遞到地基。為了
這個目的，螺母鎖緊顎柱被設計成靜態(tài)地自身支撐這些螺母鎖緊顎 部件以抗拉或抗壓的方式互相連接已形成一個總組件。在這種情況下， 這些螺母鎖緊顎部件(1 )至多有一個標準緊固件固定在鋼筋混凝土( 3 ) 上，雖然該緊固件并不承受垂直載荷。
本發(fā)明的第一個實施方案變體為實現(xiàn)上述而做如下設置通過用 于施加外部預應力的多個應力元件(2 )對依次向上接觸排列的這些螺 母鎖緊顎部件(1)施加一種預應力。在這個變體中沒有砌合連接到承 受垂直載荷的鋼筋混凝土( 3)上的這些被施加預應力的螺母鎖緊顎部 件(1)是為了意外時發(fā)生的最大的載荷而設計。鋼筋混凝土 (3)的 作用僅僅是固定和調整每一個螺母鎖緊顎部件(1),并且承受由于零 部件中的缺陷帶來的穩(wěn)定力和少量的"彎曲力矩"。
附圖中所描繪的變體的另一種更優(yōu)選的改進形式在下面介紹
為了實現(xiàn)這些螺母鎖緊顎部件(1)中心預應力，這些螺母鎖緊顎 部件為空心體，以便對后面(朝向鋼筋混凝土 ( 3))的部分是敞開的， 從而達到在理想情況下，在中空部分(4)延伸的預應力的重心與螺母 鎖緊顎部件(l)的重心重合。這需要改進螺母鎖緊顎部件的幾何形狀， 從而影響到與連接它們的鋼筋混凝土構造(3)的間隔。
在螺母鎖緊顎部件(1)下面， 一個鋼構造(6， 5, 13)把載荷傳 遞到地基。
在安裝操作中，鋼構造的頂板(6 )作為最下面螺母鎖緊顎部件(1 ) 的支架，并作為預應力固定錨(7 )的支座。通過作為錨定板的頂板(10 ), 應力錨(8)布置在最上面螺母鎖緊顎部件(1)的上端。
載荷能夠從鋼構造(6， 5, 13)傳遞到地基，例如，通過GEWI⑧ 鋼桿(11),在它們上面該鋼構造與補償砂漿層(12)和底板(13) 一起擰緊在地基的上端面。為了隨后將螺母鎖緊顎部件(1)與混凝土 的外緣對齊地進行固定，鋼錨定板U4)以內嵌部件的形式用混凝土澆筑在貼臨螺母鎖緊顎的鋼筋混凝土構造(3)中，在每一情況下均在 這些螺母鎖緊顎部件(1)的接合區(qū)域中。
在對齊之后，將鋼構造(15)焊接到這些內嵌部件(14)上，這 些鋼構造被設計為使螺母鎖緊顎部件(1 )能以舌部(16 )的形式橫向 地套在接合區(qū)域內，并且可以通過楔子(17 )等在x和y方向水平地 進行調整和緊固，從而能夠可靠地滿足安裝螺母鎖緊顎部件(1 )所需 的公差。
緊固和調整裝置(15, 16， 17)被構型為使它們承受微小的穩(wěn)定 力和"彎曲力矩"載荷，并且能夠通過帶有內嵌部件(14)的焊縫(18) 把這些載荷傳遞到鋼筋混凝土 (3)之中。
"彎曲力矩"的杠桿臂減小為在螺母鎖緊顎上旋轉桿齒的支撐點 到預應力重心的距離。另外，螺母鎖緊顎被向前壓，因此力的合成仍 舊在螺母鎖緊顎的橫截面內。在緊固之后，在螺母鎖緊顎部件(l)后 緣與螺母鎖緊顎接合區(qū)域中的鋼構造(15)之間的空隙被填塞了，例 如采用水泥漿(19)或鋼楔。
在對螺母鎖緊顎部件(1)施加預應力時，它們僅被壓縮幾個毫米。 根據(jù)鑄鋼已知的材料特性，能夠十分精確的預先確定，因此這能夠通 過螺母鎖緊顎部件接合區(qū)域的薄板(20)部分地得到補償。
壓力改變了螺母鎖緊顎部件(1)螺紋的螺距，結果是沒有壓縮的 旋轉桿螺紋(9 )與壓縮的螺母鎖緊顎之間的空隙從螺母鎖緊顎部件(1) 的一端到另一端發(fā)生變化。這個變化相對于螺母鎖緊顎部件(l)的長 度或旋轉桿螺紋(9)的長度幾乎是可忽略不計的，因此實際上根本不 用去補償。
然而，這些板(20)允許螺母鎖緊顎部件(1)的高度隨后也能夠 調整。
為了這個目的，僅僅需要提前放松預應力和該調整和緊固裝置 (16， 17)。結果是，螺母鎖緊顎能夠在垂直方向上再延伸，而沒有 力傳遞到混凝土 (3)中相對脆弱的錨定上。
在更換單個螺母鎖緊顎部件(1)時，適用同樣的方法，由于向后 面開放的空腔(4),螺母鎖緊顎部件(1)能夠很簡單地被撤出并更 換成新的。這里首先要拆下螺母鎖緊顎部件接合區(qū)域之間的墊板(20)，由 此大大方便了拆卸工作。
給螺母鎖緊顎部件(l)施加預應力時幾毫米的壓縮過程中，它們 在螺母鎖緊顎部件接合區(qū)域上鋼構造的舌狀外殼(16)內滑動?？紤] 到相關的原理，外負荷對預應力系統(tǒng)的變形行為的影響小得可以忽略。
由蠕變和收縮引起的變形的增加被消除了，只保留了雖然不重要 但極小的鋼鐵松他。
在一個小修改中，在保持前述原則的同時，這些應力部件(2)也 可能橫向安排在重心位置的螺母鎖緊顎的外面(而不是里面)。這種 情況下，必須在螺母鎖緊顎組件的頂端和底端安裝橫構件，這些橫構 件把預應力傳遞到螺母鎖緊顎部件(1)。
一個第二個實施方案變體如上所述包括，通過外部的預應力把單 獨的螺母鎖緊顎部件夾緊成一個整體，但是把垂直的力傳遞到位于后 面的混凝土中，假如出于無論何種原因這些力不可能通過位于最下面 螺母鎖緊顎部件下的鋼構造直接傳遞到地基。原則上，于是必須使用 第二階段的混凝土，如圖2所示。
然而，相對于現(xiàn)有技術這個變體的優(yōu)點就是，在發(fā)生事故的情況 下，作用力能夠分配到所有的螺母鎖緊顎部件(1)上，這樣就能更均 勻地傳遞給混凝土( 3)，而不像現(xiàn)有技術中每一單個螺母鎖緊顎部件 (1)必須能夠獨自傳遞整個載荷。這成倍降低了用于將力傳遞到混凝 土(3)的費用，該倍數(shù)對應于螺母鎖緊顎部件(1)的數(shù)量。原則上， 這也適用于"彎曲力矩"的傳遞。
權利要求
1.在主要由鋼筋混凝土(3)構成的垂直升船機中防止發(fā)生意外的保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于相互對置且依次向上排列而形成一個柱的多個螺母鎖緊顎部件(1)，在升降運行過程中這些螺母鎖緊顎部件之間帶間隙無接觸地引導著一個螺桿狀的螺紋(旋轉桿，9)，只有發(fā)生意外時該螺紋才與這些螺母鎖緊顎部件(1)的螺紋發(fā)生接觸，其特征在于這些依次向上排列的單獨的螺母鎖緊顎部件(1)被多個應力部件(2)以一種抗張力或抗壓力的方式、但可以釋放地、以預應力進行連接，形成一個自身支撐的螺母鎖緊顎柱，它作為一個單元承受發(fā)生意外時產生的壓力或拉力并均勻地把這些力傳遞出去。
2. 根據(jù)權利要求1的保護系統(tǒng)，其特征在于該螺母鎖緊顎柱的最 下端的螺母鎖緊顎部件(1)在其下端以一種壓入配合的方式(5)連 接到一個地基上，該地基在發(fā)生意外時完全承受所有的力，這些力是 在該螺母鎖緊顎柱上突然產生的作為向上或向下方向的垂直力，并且 該螺母鎖緊顎柱把它們傳遞到該地基而沒有水平地傳遞到周圍的混凝 土構造(3)。
3. 根據(jù)權利要求1的保護系統(tǒng)，其特征在于該螺母鎖緊顎柱是由 依次向上排列且以一種壓入配合方式但可釋放地相連接的n個螺母鎖 緊顎部件(1)所組成，該螺母鎖緊顎柱通過大致水平的多個錨而錨定 在該混凝土 (3)中，其中用于每個螺母鎖緊顎部件(1)的這些錨與 根據(jù)現(xiàn)有技術的一種構造方式中互相獨立的螺母鎖緊顎部件(1)的錨 相比，僅有大致l/n的載荷率。
4. 根據(jù)權利要求2的保護系統(tǒng)，其特征在于該螺母鎖緊顎柱的這 些螺母鎖緊顎部件(1)是通過多個應力部件(2)而固定在一起，這 些應力部件通過這些螺母鎖緊顎部件(1)中的多個切口 (4)而延伸 或者從外面環(huán)繞這些螺母鎖緊顎部件(1)。
5. 根據(jù)權利要求1到4中至少一項的保護系統(tǒng)，其特征在于它具有錨定(M， 15)在該混凝土 (3)中的多個導向裝置(16)，在這些 導向裝置中這些螺母鎖緊顎部件(1)是通過多個可拆卸的導軌/導向 件(16)被導向，在發(fā)生意外時，它們可以垂直位移至少一個量值， 該量值為該預應力壓緊這些螺母鎖緊顎部件(1)的量。
6.根據(jù)權利要求l， 2以及4， 5中的至少一項的保護系統(tǒng)，其特 征在于，對于每一個螺母鎖緊顎柱，該系統(tǒng)在該螺母鎖緊顎柱最上面 的螺母鎖緊顎部件(1 )的一個頂板(10 )之上具有至少一個應力錨(8 ), 且在最下面的螺母鎖緊顎部件(1 )之下具有至少一個固定錨(7 ),該 固定錨把產生的力傳遞給該下部鋼構造(5， 6， 13)的頂板(6),并 且該頂板(6)通過這些連接件(5)以一種壓入配合的方式連接到一 個底板(13)，該底板把發(fā)生意外時產生的垂直壓力或
全文摘要
提供垂直升船機的螺母鎖緊顎部件組成的保護系統(tǒng)之改良構造。根據(jù)本發(fā)明，意外情況下作用于單獨的螺母鎖緊顎部件(1)上的巨大的力不是通過非常長且昂貴的錨定裝置水平傳遞到厚重的鋼筋混凝土(3)中，而是被多個螺母鎖緊顎部件的總組件承受，該總組件由依次向上排列的多個螺母鎖緊顎部件組成，且力或者被直接傳到地基，或者被分配到臨近螺母鎖緊顎柱的整個大片區(qū)域上而傳遞到橫向臨近的鋼筋混凝土。為此，這些螺母鎖緊顎部件通過多個穿透延伸或圍繞的應力部件(2)以抗張或抗壓的方式互相連接起來。螺母鎖緊顎柱被設計為可靜態(tài)地自身支撐。結果，這些螺母鎖緊顎部件幾乎沒有、或者僅有大大減少了的、因而更節(jié)省成本的到鋼筋混凝土的橫向固定。
文檔編號E02C5/00GK101294381SQ200810081628
公開日2008年10月29日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權日2007年4月25日
發(fā)明者K·奧施拉特 申請人:德國旭普林工程股份公司