4.2.1.1 升船机型式
升船机的型式，按其布置方式和所具备的功能，可有多种分类的方法。根据对目前世界上已建升船机资料的粗略统计，通常主要分为垂直升船机和斜面升船机两大类。这两类升船机，又可按承船厢运行的方式、承船厢是否带水和设置平衡重，支承结构、提升和安全机构的型式等，形成多种不同的型式。
（1）垂直升船机。国外垂直升船机基本上都在运河上修建，早期较普遍的型式为湿运全平衡式，承船厢重量平衡的方式主要为平衡重或浮筒，后者又称为浮筒式垂直升船机，驱动的方式有齿轮齿条爬升式和水力式等。由于全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机的技术比较复杂，制造安装的难度也较大，水力式垂直升船机尚缺少实践经验，近年来，又建成了一种采用钢丝绳卷扬提升承船厢的平衡重式垂直升船机。比利时已建成一座目前世界上提升重量和提升高度最大的这种型式的垂直升船机，在我国也已建成和正在建设几座这种型式的垂直升船机。从世界垂直升船机发展的趋势看，全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机和全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机，将是今后垂直升船机的两种基本型式。
1）全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机。垂直升船机主要由上、下游引航道，上、下闸首和承船厢室几个部分组成。上、下游引航道为升船机主体与主河道间的连接渠道，在闸首前设有导航及靠船建筑物。上、下闸首是将升船机的承船厢室与上、下游引航道的水域隔开，使升船机在提升和下降的过程中，可以在无水的机室中升降，使升船机的平衡条件，不因承船厢下水而被破坏。通过在闸首上的闸门挡水并控制船舶进出承船厢。承船厢室由承重结构及顶部机房，承船厢及其上的顶紧、密封、充泄水、锁定、夹紧等附属机构、提升及事故安全系统及平衡重等组成。承船厢为一在两端设有闸门的槽形钢结构，与平衡重之间用钢丝绳连接，分别悬挂在承重结构顶部滑轮的两侧；驱动系统由4个设置在承船厢上的齿轮和设置在承重结构上的齿条组成；事故安全系统，由4个设置在承重结构上、长度可满足承船厢升降高度要求的螺母柱（或螺杆柱）与4个设在承船厢上可随承船厢的升降、在螺母柱内空转的短螺杆（或螺杆柱外空转的短螺母）组成。
以船舶下行为例，起始状态为承船厢已与上游引航道接通，船舶过坝的工艺过程如下：船舶由上游引航道进入承船厢—关闭上闸首工作闸门和承船厢闸门—泄掉两道闸门之间的水体—松开密封、顶紧和锁定装置—驱动系统动作，承船厢沿齿梯下降至船厢内水位与下游水位齐平—推出密封、顶紧和锁定装置—往承船厢下游端闸门与下闸首工作闸门之间充水—打开承船厢下游端闸门和下闸首工作闸门—船舶由承船厢驶入下游引航道。采用相反的程序，船舶即可由下游驶向上游。如在承船厢升降过程中，发生厢内水体超载或泄漏等事故时，通过齿轮在爬升过程中负荷的变化，当达到一定的最大值时，爬升齿轮停止转动，相应的短螺杆（或短螺母）自动停止转动，承船厢坐落在螺母柱（或螺杆柱）上，实现安全锁定。全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机示意图，见图4-1。
图4-1 全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机示意图
（a）纵剖面图；（b）平面图
2）全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机。全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机是近年来开始采用的一种型式。这种型式升船机与上述全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机的主要不同点，一是驱动系统，采用钢丝绳卷扬机提升系统；二是事故安全系统，采用钢丝绳卷扬机的制动器制动和设置在承船厢上的夹轨器，夹住设置在承重结构上的钢轨锁定承船厢。
3）浮筒式垂直升船机。这是20世纪60年代以前在国外曾采用过的一种垂直升船机型式，升船机在上、下闸首之间的船厢室基础内，按照升船机升降需要的高度和平衡承船厢重量的要求，在基础上挖掘数个竖井，井壁设钢筋混凝土衬砌并在井内装水，承船厢底部用钢架和井内浮力与船厢重量相等的钢制浮筒连接，在船厢室两侧适当位置布置导引排架，在排架上设有4根由同步轴连接的螺杆，在船厢对应位置上固定有4个螺母。升船机通过两个浮筒平衡船厢的重量，通过电机驱动螺杆带动承船厢升降。这种升船机除其平衡和驱动机构的型式与全平衡齿轮齿条爬升式垂直升船机不同外，其运行程序，大致与全平衡齿轮齿梯爬升式垂直升船机相同。浮筒式垂直升船机示意图，见图4-2。
图4-2 浮筒式垂直升船机示意图
（a）纵剖面图；（b）平面图；（c）横剖面图
4）干运桥机式垂直升船机。这是20世纪在我国某些水电工程中采用的一种简易的升船机型式，是桥式起重机在通航建筑物中的直接应用，其上、下游引航道的布置与上述型式的升船机相同，其主体部分，由从大坝上游一直延伸至下游的一组排架和提升承船架并在上、下游之间来回行走的桥式起重机组成。这种升船机的技术比较简单，过船的吨位一般较小，为减少桥机提升机构的功率和简化建筑物布置，通常对船舶采用干运，承船架载运船舶直接下水。同样以船舶下行为例，起始状态为桥机停靠在坝面上游的排架上承船架已入水，并在其上具有足够通航水深，船舶过坝的工艺过程如下：船舶由上游引航道驶承船架所在水域—桥机垂直提升承船架直至超过坝顶一个富余高度—桥机从上游平移至下游引航道上方—将承船架垂直下放入下游引航道水域至船舶与船架之间，有一个足够的富余深度—船舶即可驶出下游引航道。采用相反的程序，船舶即可由下游过坝至上游。由于在整个吊运过程中船舶出水坐落在船架上，为保护船舶，在承船架上，一般设有改善船舶支承条件的软垫。
世界大型垂直升船机主要技术指标见表4-1。
（2）斜面升船机。目前世界上已建成的斜面升船机的数量，较垂直升船机少。但国外在运河上和大型水利枢纽上，已有通过千吨级船舶的斜面升船机建成运行。在我国大、中型水利枢纽上，也已有建成小型斜面升船机运行的例子。目前世界上已建斜面升船机的型式，主要有纵向钢丝绳卷扬机牵引式、横向钢丝绳卷扬机牵引式和纵向自爬式3 种。
1）纵向钢丝绳卷扬机牵引式斜面升船机。纵向钢丝绳卷扬机牵引式斜面升船机，又分湿运和干运两种。湿运纵向钢丝绳卷扬机牵引式斜面升船机，通常为减小驱动设备的功率，承船车设有平衡承船厢荷载的平衡重车。升船机主要包括上、下游引航道，上、下闸首和斜坡道3 大部分。上、下游引航道为升船机的主体与主河道间的连接渠道，在闸首前设有导航墙。上、下闸首是将升船机的斜坡道与上、下游引航道的水域隔开（如上、下游的水位变幅较大，则为适应水位变化，需在上、下游各设置一座船闸，在升船机的上、下游设置船闸，形成船厢车能够适应的固定水位），使承船厢在爬升和下降的过程中，承船车与平衡重之间的平衡条件不被破坏。斜坡道上布置有船厢车在其上行走的车轨道梁及轨道。船厢车上设有拉紧、密封框、厢头闸门等设备，及其牵引钢丝绳和平衡重。一般在上闸首（或船闸）下面布置船厢车的卷扬机房。以船舶下行为例，升船机的运行程序如下：船厢车与上游闸首（或上游船闸的下闸首）对接、闸首闸门和承船厢上游端部的闸门处于打开的状态，船舶由上游引航道进入船厢车—关闭闸首和厢头闸门—泄掉两闸门间的水体—松开密封框和拉紧装置—卷扬机驱动船厢车沿斜坡道下行至与下闸首（或下游船闸的上闸首）对接—拉紧装置工作并推出密封框—向两闸门间充水—打开闸首和厢头闸门—船舶驶入下游引航道。按相反程序，即可完成船舶上行。卷扬机牵引纵向斜面升船机示意图，见图4-3。
承船车直接下水的干运纵向卷扬机牵引式斜面升船机，是纵向斜面升船机的另一种型式。这种升船机，船架车为上、下游共用。升船机由上、下游引航道和斜坡道（包括轨道和轨道梁）及在斜坡道上行走的船架车等组成，升船机不设上、下闸首，船架车顶部为停船的平台，不设平衡重。升船机的卷扬机房，一般设在坝顶下面，船架车设有分别可适应上、下游两种斜坡道的两套轮子，上、下游轨道在坝顶处布置高低两套轨道，形成适应船架车换轨的“驼峰”，并另设有使卷扬机牵引船架车得以换向、换轨的摩擦驱动装置。斜架车可直接在上游和下游两种斜坡道上运行。以船舶下行为例，升船机的运行程序如下：船架车没入上游水面以下，船架车顶部水深满足通航要求，船舶驶上船架车并系缆—启动卷扬机，钢丝绳牵引船架车驶上坝顶—卷扬机停止工作，启动摩擦驱动装置，驱动船架车继续前行完成钢丝绳和船架车换向、换轨—启动卷扬机释放钢丝绳，船架车靠自重沿下游斜坡道驶入下游引航道，直至船架车顶部水深满足通航要求—解缆后船舶驶离船架车进入下游引航道。按相反程序，即可完成船舶上行。
图4-3 卷扬机牵引纵向斜面升船机示意图
（a）纵剖面图；（b）平面图
2）横向卷扬机牵引式斜面升船机。世界上已建成一座较大的横向卷扬机牵引式斜面升船机，为湿运升船机。其上游与运河的上游段连接，其下游与运河的下游段。在连接处均建有闸首及导航墙，上、下闸首之间为斜坡道及其轨道和船厢车。斜坡道的上端，设有卷扬机房。升船机的运行程序与湿运纵向卷扬机牵引式斜面升船机完全相同，仅船厢车的运行方向，由与引航道同一方向变为与引航道垂直方向。卷扬机牵引横向斜面升船机示意图，见图4-4。
图4-4 卷扬机牵引横向斜面升船机示意图(www.xing528.com)
3）纵向自爬式斜面升船机。世界上已在大型水利枢纽上建成一座目前水头最高、载船吨位为2000t的自爬、下水式斜面升船机。升船机由上、下游引航道及导航建筑物，上、下游斜坡道，船厢车和坝顶的斜坡式转盘等组成。船厢车在两侧各设2 排水平布置的齿轮，沿斜坡道上的4 条齿轨爬行。齿轮通过液压系统均衡供油的液压马达驱动。由于船厢车通过斜坡式转盘换向后直接过坝下水进入引航道，船厢一端封死，只在朝向引航道的一端设一道闸门。坝顶转盘另设机械驱动。以船舶下行为例，升船机的运行程序如下：船厢车按照吃水要求停在上游斜坡道水下，坝顶转盘上的轨道下端与上游斜坡道的轨道对接，承船厢的闸门处于开启状态，船舶由上游进入承船厢—关闭承船厢闸门—启动船厢车沿上游斜坡道齿轨爬上转盘后停车—启动转盘旋转至其下端与下游轨道对接—启动船厢车沿下游斜坡道齿轨爬行至承船厢内水位与下游水位齐平—打开厢头闸门—船舶用倒车驶入下游引航道，在引航道内调头后继续前行。按相反程序即可完成船舶上行。自爬式斜面升船机示意图，见图4-5。
图4-5 自爬式斜面升船机示意图
（a）纵剖面图；（b）平面图
世界大型斜面升船机主要技术指标见表4-2。
（3）型式选择。升船机型式选择应根据升船机的设计水头、过船吨位、坝址的地形、地质条件，通过对各种可能的升船机方案，进行综合技术经济比较后选定。型式比选的重点如下：
1）升船机设备和过坝船舶的安全可靠性。
2）主要技术问题解决的难易程度。
3）运行管理工作与维修的方便。
4）工程量和造价的合理性。
在目前世界上已建的升船机中，垂直升船机占大多数。在垂直升船机中，又以湿运均衡重式升船机占大多数。这种型式的爬升及事故安全系统，以往主要采用星轮齿条爬升装置和螺母、螺杆事故安全装置。这种型式升船机的主要优点是机构运行安全可靠，运行管理方便，升船机的主要设备和附属机构的设计、制造、安装和运行，在世界上有较为成熟的经验。但对升船机机电设备制造、安装的精度要求较高。
浮筒式垂直升船机由于将承船厢通过刚架支承在竖井中的浮筒上，承船厢的重量和提升高度受到一定限制，因此只适用于通航建筑物的规模和提升高度不太大的水利枢纽。据有关资料，升船机的驱动装置螺杆和螺母磨损较快，每4～5年需要更换一次，据设计人员反应，这种浮筒系统和提升机构并不理想，除德国在早期被采用外，近年未见被其他工程继续采用。
近年来用钢丝绳卷扬提升承船厢，用制动器和夹轨装置等实现事故安全制动的湿运均衡重式垂直升船机建成较多，并尚有多座这种型式的垂直升船机正在设计建设。这种垂直升船机的主要优点是在保证升船机运行安全可靠的同时，驱动和事故安全设备制造安装的难度相对较小。但目前这种型式升船机，投入运行的时间还不长，实际运行的经验尚待逐步积累。
干运桥机式垂直升船机的显著优点是布置、结构、机电设备和运行程序都十分简单，其主要设备与通用的起重机类似，在技术上十分成熟，通过承船架下水，可以很方便地适应上、下游水位的变化。升船机可在已经建成工程上续建，十分适合于已建水电工程，在解决闸坝碍航问题时采用。主要缺点是升船机的事故安全装置比较设备需要的功率和耗电量大，限制了过坝船舶的吨位，且通常采用干运的承船架，在吊运过程中，对船舶的结构会有一定的不利影响。
在世界上已有大型斜面升船机建成的例子，这种升船机在地形适合时，可以明显节省工程量和造价。与垂直升船机悬吊在空中运行相比较，承船厢沿斜坡道运行更有安全感，但由于升船机在适应上、下游水位变化和在遇到事故停电时，实现安全制动方面明显不如垂直升船机，故在升船机型式比选中，往往处于不利地位。但在地形适合和上、下游水位变幅不大，升船机的供电电源有可靠保证的情况下，这种升船机型式，可以获得较好的技术经济指标。
干运的斜面升船机于20世纪60年代初被我国汉江丹江口水利枢纽的第二级升船机采用，建成运行至今情况良好。这种型式升船机除具有与上述干运桥机式垂直升船机大致相同的优、缺点外，与干运桥机式垂直升船机相比较，其优点是用斜坡道代替了承重排架，使土建结构得到了简化；缺点是在有泥沙的河道上，升船机斜坡道水下部分的泥沙淤积，影响斜船架的水下运行，需适时进行清淤；斜坡道钢丝绳的托辊很易磨损，需经常更换。但这种升船机型式在地形适合，上、下游水位变幅较大的中、小型工程中，仍有较大使用价值。
横向斜面升船机的技术特点和适用情况，相对地较纵向斜面升船机能适应更陡的坡度，斜坡道的长度相对较短，在相同的加速度情况下，承船厢内的水面波动相对较小。
纵向自爬式斜面升船机的斜船架可利用自身装备的动力沿斜坡道爬行，且斜架车可利用坝顶的转盘换向后直接下水，对地形和上、下游较大的水位变幅的适应能力相对较强，在万一发生事故时，斜船架的安全制动能力，较卷扬机牵引式斜面升船机为强。缺点是升船机驱动设备需要的功率大、造价高、使用寿命短，由于自爬，斜坡道的坡度不宜太大，因而，升船机的线路较长，船舶进、出船厢的难度较大，船舶出船厢需倒行，出船厢后需调头，过船效率相应较低。
在实际工程中，升船机型式的选择，需根据工程的具体条件，对以上各种可能的型式，全面进行方案的技术、经济比较后确定。
4.2.1.2 分部建筑物型式
湿运全平衡升船机基本的建筑物，为上、下闸首和承船厢的承重结构及其顶部的机房和上、下游导航及靠船建筑物；对斜面升船机则为上、下闸首、斜坡道（包括轨道梁结构）和卷扬机房以及上、下游导航和靠船建筑物。这些建筑物的型式，在进行升船机总布置阶段，可根据工程的具体条件，参照类似工程的经验进行比较选择。
4.2.1.3 金属结构和机电设备型式
升船机的金属结构和机电设备，随升船机型式不同而有所不同。主要包括闸首的闸门、承船厢及其厢头闸门（或承船车）及其上的顶紧、密封、闸首与承船厢厢头闸门间隙的充泄水系统及闸门的启闭机械、平衡重（或平衡浮筒）及驱动机械、事故安全系统和各种机械设备的拖动及控制设备等，其型式在升船机总布置阶段，可根据工程的具体条件，参照类似工程的经验初步选用。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
