一种卷扬式全平衡垂直升船机主提升制动系统技术领域
本发明涉及机械控制领域，尤其涉及一种卷扬式全平衡垂直升船机主提升制动系
统。
背景技术
水口水电站航2×500t级湿运全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机，是我国第一
座自行设计、制造、施工和安装的全平衡式垂直升船机，于2003年4月经调试和内部试通航
成功，2003年11月通过竣工验收，2005年4月正式对外试通航。水口升船机从设计到运行，历
经十多年时间，从多年的运行实践证明，一些设备常暴露出设计上的缺陷，须完善化，一些
设备产品开始老化，须更新换代和技术改造。钢丝绳卷扬式升船机的船厢由钢丝绳悬吊,
并由主提升系统驱动, 在升船机塔柱间的船厢室内作垂直升降运行。
水口升船机主机房安装有升船机主提升制动系统设备，主要作用:一是用于船厢
上下运行准确停位时，保证船厢的稳定性；二是当升船机发生故障时，能使2×5500吨大惯
量系统能平稳地停下来,是全平衡卷扬垂直升船机安全运行的重要设备，对系统的安全可
靠性要求较高。自升船机投运以来，制动系统运行可靠性较差，对升船机运行的安全可靠性
影响很大。
按照升船机运行程序，船厢在正常升降运行前，需检测船厢水平度偏差值，当水平
度偏差值大于10cm时，船厢应先进行调平，将船厢水平度偏差值调至设计允许值。由于原制
动系统的主提升卷筒安全制动器及可控卷筒安全制动器共用一套控制阀组，两者不能分别
控制，船厢调平时，全部安全制动器均为制动工况，使船厢受力处于纵向每侧四吊点支承的
超静定状态，调平过程，不仅使船厢受力不均匀，也大大增加船厢调平难度。从事故制动效
果考虑，原设计由安全制动器实施，但经现场调试，由于安全制动器数量较多，制动同步性
差，实际已改用工作制动器通过分级调压事故制动控制实施，因此工作制动器承担了升船
机的正常运行停机制动和事故紧急制动任务，其可靠性直接影响升船机的安全运行。目前
的工作制动器设计存在缺陷，制造粗糙，漏点多，制动不灵，滑行距离长，制动片磨损明显，
带制动盘联轴器发生异响，影响了制动可靠性，极易造成事故。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种卷扬式全平衡垂直升船机主提升
制动系统，工作稳定性高。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种卷扬式全平衡垂直升船机主提升制动
系统，包括一四吊点带平衡重的多钢丝绳卷扬机，用于驱动船厢沿塔柱垂直升降；每个吊点
上分别设有两个带制动盘的主提升卷筒和一个可控平衡重卷筒，每个吊点上的两个主提升
卷筒同轴连接并且经一减速器驱动，所述减速器与一同步轴装置连接，四个吊点经同步轴
装置呈环形等间隔设置并且同步联接；每个吊点的减速器分别经一联轴器与一电动机电
连；每个可控平衡重卷筒上分别设有四对第一安全制动器；每个主提升卷筒上分别设有六
对第二安全制动器；每个吊点的电动机的输出轴上分别设有两对工作制动器；所述第一安
全制动器、第二安全制动器和工作制动器经一液压泵站驱动。
进一步的，所述塔柱顶部设有主机房，所述多钢丝绳卷扬机设置于主机房内；四个
吊点分为一号吊点、二号吊点、三号吊点和四号吊点，所述一号吊点和二号吊点分别设置于
主机房的上游两端；所述三号吊点和四号吊点分别设置于主机房的下游两端。
进一步的，所述液压泵站由上游液压泵站和下游液压泵站组成，位于一号吊点和
二号吊点的第一安全制动器、第二安全制动器和工作制动器与所述上游液压泵站连接，位
于三号吊点和四号吊点的第一安全制动器、第二安全制动器和工作制动器与所述下游液压
泵站连接。
进一步的，所述上游液压泵站和下游液压泵站对称布置在上、下游升船机纵向中
心线两端；所述上游液压泵站和下游液压泵站均包括用于控制对应吊点第一安全制动器、
第二安全制动器和工作制动器的控制阀组、液压泵和蓄能器，所述液压泵与蓄能器相连通，
所述控制阀组由用于分别控制对应吊点第一安全制动器、第二安全制动器和工作制动器的
第一阀组、第二阀组和第三阀组。
进一步的，每个主提升卷筒上的六对第二安全制动器均设置于对应主提升卷筒的
一端；该六对第二安全制动器的其中两对第二安全制动器平行于主提升卷筒的横向中心轴
线设置于主提升卷筒的两侧；另外四对第二安全制动器分别沿主提升卷筒的竖向中心线对
称设置于主提升卷筒的两侧，位于主提升卷筒同一侧的三对第二安全制动器间隔20°设置，
并且分别经第二支架支撑，该六对第二安全制动器与对应的第二阀组相连通。
进一步的，每个可控平衡重卷筒上的八对第一安全制动器分别对称设置于对应可
控平衡重卷筒的两端，每个可控平衡重卷筒的每端分别设有四对第一安全制动器，该四对
第一安全制动器的其中两对第一制动器平行于可控平衡重卷筒的横向中心轴线设置于可
控平衡重卷筒的两侧，另外两对第一安全制动器分别与可控平衡重卷筒的横向中心轴线成
20°设置于可控平衡重卷筒的两侧；位于可控平衡重卷筒每端同一侧的两对第一安全制动
器分别经第一支架支撑，并且该八对第一安全制动器与对应的第一阀组相连通。
进一步的，位于电动机输出轴的两对工作制动器分别平行于电动机输出轴的横向
中心线设置于电动机输出轴的两侧，每个工作制动器连通有一排气阀，并且所述工作制动
器与对应的第三阀组相连通。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：把主提升卷筒安全制动器（即第二安全
制动器）及可控平衡中卷筒安全制动器（即第一安全制动器）控制阀组分立，实现承船厢静
态调平；通过采用上游液压泵站和下游液压泵站分别控制，增大蓄能器容量，提高工作效率
提高，起到节能降耗作用，同时保证升船机的安全可靠运行。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例主提升制动系统的结构平面图。
图2为本发明实施例的第一安全制动器的安装示意图。
图3为本发明实施例的第二安全制动器的安装示意图。
图4为本发明实施例的工作制动器的安装示意图。
图中：1-第一安全制动器；10-第一支架；2-第二安全制动器；20-第二支架；3-减速
器；4-主提升卷筒；5-电动机；6-下游液压泵站；60-蓄能器；61-第一阀组；62-第二阀组；63-
第三阀组；7-可控平衡重卷筒；8-同步轴装置；9-联轴器；10-工作制动器；100-排气阀；11-
下游液压泵站；12-进油管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～4所示，本实施例的一种卷扬式全平衡垂直升船机主提升制动系统，包括
一四吊点带平衡重的多钢丝绳卷扬机，用于驱动船厢沿塔柱垂直升降；每个吊点上分别设
有两个带制动盘的主提升卷筒4和一个可控平衡重卷筒7，每个吊点上的两个主提升卷筒4
同轴连接并且经一减速器3驱动，所述减速器3与一同步轴装置8连接，四个吊点经同步轴装
置8呈环形等间隔设置并且同步联接；每个吊点的减速器3分别经一联轴器9与一电动机5电
连；每个可控平衡重卷筒7上分别设有四对第一安全制动器1；每个主提升卷筒4上分别设有
六对第二安全制动器2；每个吊点的电动机5的输出轴上分别设有两对工作制动器10；所述
第一安全制动器1、第二安全制动器2和工作制动器10经一液压泵站驱动。
从上述可知，本发明的有益效果在于：通过在主提升卷筒4和可控平衡重卷轴上配
置第一安全制动器1和第二安全制动器2，通过第一安全制动器1和第二安全制动器2分别制
动，实现船厢的提升。主提升卷筒4安全制动器与可控平衡重卷筒7安全制动器控制阀组分
开设置，船厢调平时，可控平衡重卷筒7安全制动器松闸，使船厢受力处于静定状态，便于调
平。考虑到船厢调平运行几率很低的情况，为简化电气控制系统，正常运行工况与调平运行
工况采用球阀手动切换方式。
在本实施例中，所述塔柱顶部设有主机房，所述多钢丝绳卷扬机设置于主机房内；
四个吊点分为一号吊点、二号吊点、三号吊点和四号吊点，所述一号吊点和二号吊点分别设
置于主机房的上游两端；所述三号吊点和四号吊点分别设置于主机房的下游两端。
在本实施例中，所述液压泵站由上游液压泵站11和下游液压泵站6组成，位于一号
吊点和二号吊点的第一安全制动器1、第二安全制动器2和工作制动器10与所述上游液压泵
站11连接，位于三号吊点和四号吊点的第一安全制动器1、第二安全制动器2和工作制动器
10与所述下游液压泵站6连接。
在本实施例中，所述上游液压泵站11和下游液压泵站6对称布置在上、下游升船机
纵向中心线两端；所述上游液压泵站11和下游液压泵站6均包括用于控制对应吊点第一安
全制动器1、第二安全制动器2和工作制动器10的控制阀组、液压泵和蓄能器60，所述液压泵
与蓄能器60相连通，所述控制阀组由用于分别控制对应吊点第一安全制动器1、第二安全制
动器2和工作制动器10的第一阀组、第二阀组和第三阀组。如图1所述，下游液压泵站6中的
第一阀组61与三号吊点和四号吊点的第一安全控制器通过进油管道12连接，第二阀组62与
三号吊点和四号吊点的第二安全控制器通过进油管道12连接，第三阀组63通过进油管道12
与三号吊点和四号吊点的工作制动器10连接。图1中的主提升卷筒4的第二安全制动器2及
可控平衡重卷筒7的第一安全制动器1的进油管道12的布置以节点③、⑧为终点，其中节点
①-⑧为进油管道12的连接节点。
如图3所示，在本实施例中，每个主提升卷筒4上的六对第二安全制动器2均设置于
对应主提升卷筒4的一端；该六对第二安全制动器2的其中两对第二安全制动器2平行于主
提升卷筒4的横向中心轴线设置于主提升卷筒4的两侧；另外四对第二安全制动器2分别沿
主提升卷筒4的竖向中心线对称设置于主提升卷筒4的两侧，位于主提升卷筒4同一侧的三
对第二安全制动器2间隔20°设置，并且分别经第二支架20支撑，该六对第二安全制动器2与
对应的第二阀组相连通。
如图2所示，在本实施例中，每个可控平衡重卷筒7上的八对第一安全制动器1分别
对称设置于对应可控平衡重卷筒7的两端，每个可控平衡重卷筒7的每端分别设有四对第一
安全制动器1，该四对第一安全制动器1的其中两对第一制动器平行于可控平衡重卷筒7的
横向中心轴线设置于可控平衡重卷筒7的两侧，另外两对第一安全制动器1分别与可控平衡
重卷筒7的横向中心轴线成20°设置于可控平衡重卷筒7的两侧；位于可控平衡重卷筒7每端
同一侧的两对第一安全制动器1分别经第一支架10支撑，并且该八对第一安全制动器1与对
应的第一阀组相连通。
如图4所示，在本实施例中，位于电动机5输出轴的两对工作制动器10分别平行于
电动机5输出轴的横向中心线设置于电动机5输出轴的两侧，每个工作制动器10连通有一排
气阀100，并且所述工作制动器10与对应的第三阀组相连通。所述工作制动器10选用性能优
异的多福VBS7.5液压盘式制动器，通过加大管径，增强工作制动器10的灵敏度和制动力。工
作制动器10的制动盘直径710mm，每个制动盘上设置两对工作制动器10，按额定提升力计算
的每台电动机5轴上最大负载力矩为3.0kNm，安全系数为1.7。
本发明的具体实施过程：
船厢正常上行或下行：启动上游液压泵站11和下游液压泵站6，蓄能器60充压至特定值
后发讯，检测船厢水平度偏差值，偏差值大于10mm，进入船厢调平程序，手动关闭可控平衡
重卷筒74的第一安全制动器1控制阀组前球阀，运行第一安全制动器1松闸程序，可控平衡
重卷筒7第一安全制动器1松闸到位，进入船厢调平程序，船厢水平度偏差值小于5mm，运行
第二安全制动器1正常上闸程序，主提升卷筒4第二安全制动器2上闸到位，手动打开主提升
卷筒4第二安全制动器2控制阀组前球阀，如果齿轮箱存在间隙，进入消除齿轮箱间隙程序；
运行工作制动器10松闸程序，启动主拖动，消除齿轮箱间隙，运行工作制动器10正常上闸程
序，进入预加力矩运行程序，运行第一、第二安全制动器2松闸程序，启动主拖动系统施加预
加力矩，运行工作制动器10松闸程序，船厢按设定速度运行，经船厢位置控制程序，自动减
速、对位、停机，运行工作制动器10正常上闸程序，延时后，运行第一、第二安全制动器2正常
上闸程序，制动系统停机。
其中本发明制动系统部件参数如下：
（1）主提升卷筒的第二安全制动器
数 量 48 对
松闸压力 12MPa
每对制动器松闸流量 1.5l/min
松闸时间 2s
（2）可控平衡重卷筒第一安全制动器
数 量 32对
松闸压力 12MPa
每对制动器松闸流量 1.5l/min
松闸时间 2s
（3）工作制动器
数 量 8对
松闸压力 7.5MPa
每对制动器松闸流量 8.64 l/min
松闸时间 0.2s
4）液压泵站
数 量 2 套（包括上游液压泵站和下游液压泵站）
系统压力 12.5MPa
液压泵流量（二用一备） 3×12l/min
电动机功率 （二用一备） 3×4kW
蓄能器充气压力 9.8MPa
蓄能器充气品种 氮气
综上所述，本发明提供的一种一种卷扬式全平衡垂直升船机主提升制动系统，通过第
一安全制动器和第二安全制动器分别制动，实现船厢的提升，工作可靠性高。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应
理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。