升船机是使用机械装置升降船舶以克服航道水位落差的通航建筑物,它解决了不同水系和水利水电枢纽工程的高坝通航问题。钢丝绳卷扬式垂直升船机是目前国内外大型升船机的主流型式,它采用电动卷扬系统驱动大型盛水承船厢在几十米甚至上百米高空上下运行。升船机作为一种客货两用的大型运载设备,其运行安全可靠性一直是业内备受关注的一个话题。由于钢丝绳的柔弹性和承船厢内水体的易流动性,如何保证柔性支承状态下巨大盛水承船厢在高空运行的平稳性和安全性是保障钢丝绳卷扬式升船机安全运行的关键。对接锁定装置、承船厢调平装置等是保障钢丝绳卷扬式垂直升船机工作安全的重要液压装置。因此,本论文以钢丝绳卷扬式垂直升船机的对接锁定装置、承船厢调平装置等安全保障液压装置为研究对象,通过理论建模、仿真分析和实验验证等方法对它们的负载特性和电液控制方法展开研究,主要内容如下:第一章,首先,对升船机的建设意义、工作原理和国内外发展现状进行综述;然后,对影响钢丝绳卷扬式垂直升船机工作安全的流固耦合动力学、自由液面晃动动力学和升船机系统动力学等的研究现状进行了综述;最后,阐述了本课题的来源及研究意义,指出了本论文的研究内容。第二章,钢丝绳卷扬式垂直升船机安全保障技术的研究。论文从钢丝绳卷扬式升船机电气主提升、承船厢设备检测与控制和上位监控等三个方面论述了传统钢丝绳卷扬式升船机安全运行的关键技术和安保措施上的创新技术,并结合思林和沙沱升船机的现场实践提出了一些新的升船机安全保障措施。重点对承船厢调平装置、对接锁定装置和承船厢卧倒门等钢丝绳卷扬式升船机安全保障关键液压装置进行研究,提出了承船厢卧倒门负载压力越权控制、承船厢二分逼近调平等方法,并在后续部分进行了实现和验证。第三章,升船机承船厢流固耦合动力学特性的研究。承船厢内大量水体可能产生的晃动是钢丝绳卷扬式垂直升船机安全工作的最大隐患之一。由于水的低阻尼流动特性,钢丝绳卷扬式升船机系统中钢丝绳、承船厢和水体之间的流固耦合特性导致承船厢在外负载激励下的动力学响应远比悬吊状态下普通固体惯性负载的响应更加复杂,更加难以预测。论文采用线性势函数法和等效模型法相结合的方法对承船厢内水体和承船厢之间的流固耦合特性进行研究,建立了承船厢内水体晃动的等效力学模型,用更加直观的刚体力学模型替代水体连续介质的复杂流场来。通过承船厢内水体晃动的等效力学模型得到了承船厢内水体晃动的各阶固有频率、各阶等效质量和晃动水体对承船厢产生的附加力和附加力矩等影响升船机安全运行的重要动力学参数。研究结论为升船机主提升的设计、承船厢调平系统的设计和对接锁定装置的设计等提供理论依据。第四章,升船机承船厢自动调平系统的研究。承船厢调平系统是一个非常规调平系统,它是一个大惯量、低阻尼且调平液压缸行程受限的空间并联冗余驱动系统。论文建立了承船厢调平系统的数学模型,提出了基于二分逼近法和积分同步法的承船厢调平控制策略,通过二分逼近法实现了承船厢的无超调平稳调平,通过积分同步法实现了多个调平液压缸空间运动轨迹的协同控制。第五章,升船机承船厢对接锁定装置控制系统的研究。对接锁定装置是为了提高钢丝绳卷扬式升船机安全性而提出的新型装置,在升船机对接期间,对接锁定装置承受竖直方向的附加载荷;在事故工况,它作为沿程夹紧装置,保证承船厢的安全。四组对接锁定装置的同步泄压是保证升船机平稳安全运行的关键,论文创新性地提出了高压无源小容腔同步泄压控制系统,并通过实验对比,验证了智能压力跟踪控制策略和压力同步控制策略的性能。第六章,总结本论文的主要工作,阐述研究结论和创新点,并对大型升船机安全保障装置电液控制技术的后续研究作出了展望。