邵國(guó)鈞

升船機(jī)比較

邵國(guó)鈞

世界上已建成的升船機(jī)五花八門(mén)，性能各異，都不具有廣泛的適應(yīng)性。本文通過(guò)太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)與克拉斯諾雅爾斯克斜面升船機(jī)比較，了解升船機(jī)最新技術(shù)的發(fā)展，有利于升船機(jī)研制過(guò)程中少走彎路，早日擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的升船機(jī)。

升船機(jī)是一種克服江河集中落差實(shí)現(xiàn)通航的機(jī)械，太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)是一款獲得中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)的升船機(jī)，說(shuō)明書(shū)雖然對(duì)它進(jìn)行了詳盡的描述，但對(duì)于對(duì)升船機(jī)了解不多的人來(lái)說(shuō)還是生疏的。太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)采用鼓筒承重，軌道運(yùn)行，平衡重牽引，承船箱與鼓筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水平，翻越大壩如履平地，整機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)思路清晰，運(yùn)行非常流暢。為了進(jìn)一步充分了解它的先進(jìn)性能和價(jià)值，把它與現(xiàn)行的優(yōu)秀升船機(jī)對(duì)比非常必要。

克拉斯諾雅爾斯克水電站斜面升船機(jī)是一款前蘇聯(lián)建造，并于1976年建成試運(yùn)行，1982年，升船機(jī)所有的主要部件經(jīng)過(guò)調(diào)試和運(yùn)行可靠性檢驗(yàn)后，經(jīng)國(guó)家驗(yàn)收委員會(huì)批準(zhǔn)正式投入運(yùn)行的龐然大物，至今仍是世界之最。它的建造成功，使前蘇聯(lián)確立了自己的升船機(jī)建造標(biāo)準(zhǔn)，那就是：蘇聯(lián)對(duì)壩高在100m以上的樞紐，在航道和通航建筑物工程初步規(guī)劃設(shè)計(jì)中，擬定了統(tǒng)一航道尺度和統(tǒng)一的通航建筑物標(biāo)準(zhǔn)，即一律采用斜面升船機(jī)。由于這款升船機(jī)在通用性方面還有許多的不足，耗能較大，靈活性較差，所以低水頭樞紐，則采用船閘。

目前，克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)運(yùn)行正?？煽?，貨物過(guò)壩都有保證，也不誤航期，升船機(jī)在軌運(yùn)行時(shí)間為45min。克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)是一款在軌道上運(yùn)行的升船機(jī)，象火車(chē)一樣，其安全性不容置疑，這是用它和太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)比較的重要原因之一。為了解決上下游坡面相反的坡向，建造者巧妙地在坡頂設(shè)置了一個(gè)大圓盤(pán)來(lái)使升船機(jī)調(diào)頭，以適應(yīng)坡向的變化。然而，有了太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)后這就不足為奇了。但是，在沒(méi)有發(fā)明太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)之前，最好的高壩升船機(jī)方案應(yīng)該是這種大圓盤(pán)斜面船機(jī)。二者在以下八個(gè)方面好有一比。

1.安全運(yùn)行與坡向的適應(yīng)方面，安全運(yùn)行可謂是升船機(jī)設(shè)計(jì)建造的首要問(wèn)題，二者可謂心有靈犀，都來(lái)用了軌道運(yùn)行方式，而坡向的適應(yīng)才體現(xiàn)二者的優(yōu)劣?？死怪Z雅爾斯克升船機(jī)就只是一個(gè)承船箱，是一個(gè)在軌道上運(yùn)行的承船箱，因此必須在坡頂為它建造大圓盤(pán)以改變船箱運(yùn)行的坡向，上下游的軌道在坡頂相交處被大圓盤(pán)斷開(kāi)，是不連續(xù)的，其安全理念在于貼地運(yùn)行更安全上，這當(dāng)然只能是與垂直升船機(jī)相較。而太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)由運(yùn)行主機(jī)和承船箱組合而成，承船箱掛在主機(jī)鼓筒上與主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，用鼓筒擔(dān)起承船箱，承船箱則好似一只花籃，依靠其自重實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水平，這樣就沒(méi)有坡向問(wèn)題了。主機(jī)沿著軌道運(yùn)行，上下游軌道在坡頂相交處圓弧連接為連續(xù)的，使得升船機(jī)沿軌道運(yùn)行和普通火車(chē)別無(wú)兩樣，這讓我們不會(huì)懷疑它的運(yùn)行速度會(huì)大大的超過(guò)克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)，可以當(dāng)它是一列“過(guò)壩的火車(chē)”。時(shí)代給予發(fā)明人3D仿真模擬動(dòng)畫(huà)視屏，在優(yōu)酷網(wǎng)上，能看到逼真的模擬升船機(jī)運(yùn)行視屏。由于太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)解決了承船箱與主機(jī)之間的連接問(wèn)題，它就比克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)多了一種運(yùn)行模式即安全運(yùn)行模式，以?xún)煞N原理相同的運(yùn)行模式（正常運(yùn)行模式和安全運(yùn)行模式）保證升船機(jī)的安全運(yùn)行還有誰(shuí)不放心呢？

2.節(jié)能方面，由于克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)上下游的軌道在坡頂處是斷開(kāi)，這也使得它只能是自行式的，難于布置成節(jié)能的平衡重牽引式升船機(jī)。值得欽佩的是，前蘇聯(lián)的科學(xué)家們?yōu)榱斯?jié)能，給它加裝了升船機(jī)下行時(shí)的發(fā)電裝置，便于升船機(jī)把下行時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電力。多余的裝置雖然增加了升船機(jī)的重量，但它說(shuō)明了前蘇聯(lián)的科學(xué)家們的強(qiáng)烈的節(jié)能意識(shí)和力求使升船機(jī)盡善盡美的敬業(yè)精神。

太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)則是一款完美的節(jié)能升船機(jī)，它用平衡重進(jìn)行牽引，所配置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅用于初始啟動(dòng)和過(guò)頂協(xié)調(diào)。太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)完全就是一部斜靠在大壩坡面上的電梯，與大樓里的垂直電梯相比，它的“轎箱”升船機(jī)還能翻過(guò)坡頂?shù)搅硪黄旅?，這得益于上下游的軌道在坡頂處的連接?；騿?wèn)克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)為什么不能？因?yàn)樗皇且恢幌渥?，沒(méi)有運(yùn)行主機(jī)。如果一定要說(shuō)它也有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不就是主機(jī)嗎？回答是：它還沒(méi)有找到箱子與主機(jī)的最好連接方式，這也就是太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)的重大發(fā)明所在。太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)主機(jī)與承船箱轉(zhuǎn)動(dòng)連接，承船箱依靠自重實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水平，這樣承船箱就不需要象克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)那樣在坡頂調(diào)換方向以適應(yīng)坡向變化，對(duì)它而言，不管跑到上游或下游，它總是掛在主機(jī)承重鼓筒上保持水平。

3.外形方面，克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)就是一個(gè)鋼鐵怪獸，沒(méi)有“機(jī)”的靈氣，當(dāng)然這是玩笑，前面也說(shuō)過(guò)，在沒(méi)有太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)之前，最好的高壩升船機(jī)方案應(yīng)該是這種大圓盤(pán)斜面船機(jī)。太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)從外形上一看就讓人喜歡，它上小下大，酷似人形，有人氣，要是在大江旁跑起來(lái)，你一定會(huì)把它想象成穿著長(zhǎng)裙的美女在戲水。它重心低，離地近，不用擔(dān)心墜落的危險(xiǎn)，它有兩套原理相同的運(yùn)行模式，即正常運(yùn)行模式和安全運(yùn)行模式，當(dāng)正常運(yùn)行模式出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，本機(jī)并非停止運(yùn)行，而是啟用安全運(yùn)行模式回到檢修點(diǎn)，緊急情況下也可以依靠安全運(yùn)行模式工作一段時(shí)日，這是克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)所沒(méi)有的。

4.斜槽的好處，由于斜槽提供了一個(gè)承船箱貼地運(yùn)行的通道，使得太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)重心很低，離地近，安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低，提運(yùn)承船箱與我們提一只花籃類(lèi)似，即便花籃失手落地，對(duì)藍(lán)內(nèi)的東西影響不會(huì)很大，更何況這種可能性幾乎為零。另外，斜槽使得升船機(jī)在任何位置停留時(shí)，承船箱都能通過(guò)船箱兩側(cè)的制動(dòng)盤(pán)鎖定在槽壁上穩(wěn)定的停住，不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，這樣船只進(jìn)出船箱和正常航行別無(wú)兩樣，也與克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)感覺(jué)是一樣的。

5.牽引配重的妙用，牽引配重是太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)能夠采用節(jié)能的平衡重牽引方式而又能平穩(wěn)翻越大壩的關(guān)鍵之一。因?yàn)楸緳C(jī)平衡重只把升船機(jī)牽引到圓弧軌道上一定坡度點(diǎn)的位置，而非牽引到頂點(diǎn)。這樣的好處是避免平衡重牽引升船機(jī)爬升與升船機(jī)牽引平衡重爬升的突然轉(zhuǎn)換，達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的目的。升船機(jī)從下游到上游的運(yùn)行過(guò)程是： 升船機(jī)啟動(dòng)打破靜力平衡，平衡重下滑，牽引升船機(jī)到預(yù)定坡度點(diǎn)后停止，升船機(jī)依靠自身動(dòng)力爬到頂點(diǎn)，牽引配重拉出這段超長(zhǎng)鋼絲繩；升船機(jī)越過(guò)頂點(diǎn)駛向上游坡面預(yù)定的坡度點(diǎn)，牽引配重釋放超長(zhǎng)鋼絲繩，此時(shí)，升船機(jī)與平衡重之間的牽引鋼絲繩繃緊。升船機(jī)繼續(xù)下行直到預(yù)定水位，同時(shí)牽引平衡重爬升一定高度。升船機(jī)從上游到下游的運(yùn)行過(guò)程僅僅只是方向相反，運(yùn)行原理相同。在整個(gè)升船機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，牽引配重不單是把超長(zhǎng)的牽引鋼絲繩拉出來(lái)避免堆積纏繞，并且還起到能量緩沖的作用，而平衡重牽引升船機(jī)爬升與升船機(jī)牽引平衡重爬升不過(guò)是二者之間的重力勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化。這又是克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)沒(méi)有的。

6.適應(yīng)水位變化方面，由于兩種升船機(jī)的承船廂都自由入水，因此只要軌道延伸到水位變化的最低位置，也就使升船機(jī)適應(yīng)任何水位變化，而不用象垂直升船機(jī)那樣難于適應(yīng)水位的變化，即建造太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)和克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)與大壩沒(méi)有直接的聯(lián)系。這樣我們就可以考慮為沒(méi)有建造通航建筑物的高壩重新建造升船機(jī)，讓斷航的河流重新通航，開(kāi)辟新航線(xiàn)。

7.船舶進(jìn)出升船機(jī)方面，很顯然，克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)船舶開(kāi)進(jìn)升船機(jī)，轉(zhuǎn)運(yùn)到目的地后只有從承船箱中退著或拖著出來(lái)。而船舶進(jìn)出太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)則是左進(jìn)右出或右進(jìn)左出的，這叫出入順暢，船舶轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)間就大大縮短了。

8.地形方面的要求，克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)要在坡頂建一個(gè)一百多米的轉(zhuǎn)向大圓盤(pán)，還只是2000噸級(jí)的升船機(jī)，這對(duì)地形的要求是苛刻的，越是高壩大庫(kù)越是在深山峽谷。然而，對(duì)于太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)來(lái)說(shuō)，需要的僅僅是一條比過(guò)壩船只稍寬一點(diǎn)的通道，而不是讓過(guò)壩船只轉(zhuǎn)身，這樣的要求算不算太高呢？顯然，能最大限度適應(yīng)地形的升船機(jī)才具有生命力，這就是太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)。

以上八個(gè)方面，除第一、第六方面二者相似或相同外，其他方面的對(duì)比都是太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)更優(yōu)秀或獨(dú)有。因此，太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)具有最多的優(yōu)點(diǎn)，最好的通用性能，可以預(yù)言：太平鼓船箱自動(dòng)水平斜槽式升船機(jī)將是世界上能通用化的升船機(jī)，期待它的早日建成，為我國(guó)水運(yùn)事業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.048