[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310204780.7
• 申請(qǐng)日: 2013-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN104213540A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方向明;陳緒宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黃石昂泰機(jī)電有限公司
• 主分類號(hào): E02B3/24
• 分類號(hào): E02B3/24
• 代理公司: 黃石市三益專利商標(biāo)事務(wù)所 42109
• 代理人: 饒建華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碼頭、船閘用的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱。?

背景技術(shù)

雙擋檐系船柱主要用于碼頭、船閘等地船只系纜，其強(qiáng)度直接涉及到船只的安全性。現(xiàn)有的雙擋檐系船柱參見圖1，它具有底盤、柱身及頂部的雙擋檐構(gòu)成，雙擋檐頂部開有頂孔，底盤上開有6個(gè)錨栓沉孔，所述柱身及雙擋檐部份為空腔結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，柱身為等壁厚的筒體結(jié)構(gòu)，其壁厚為標(biāo)準(zhǔn)值t（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJ-33系船柱通用圓集選定，一般有20、30、35、45、55、60、70、100、125mm等規(guī)格）,底盤厚度大于柱身壁厚t,而雙擋檐部份的壁厚為0.75t，現(xiàn)有雙檔系船柱存在的問題是：1.柱身壁厚與底盤厚度相差太大，比值在1:1.3至1:2.8之間，鑄造凝固時(shí)，易在柱身與底盤結(jié)合部的熱結(jié)產(chǎn)生裂紋，不符合鑄造件“應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成等壁厚件、以減少熱結(jié)、降低產(chǎn)生裂紋可能性”的鑄造原理；2.底厚上薄結(jié)構(gòu)形式的鑄件在結(jié)晶凝固時(shí)，會(huì)在鑄件中上部位產(chǎn)生縮松、縮孔等鑄造缺陷；3.柱身與底盤結(jié)合部是系船柱的最大受力部位，此處的鑄造熱結(jié)裂紋是產(chǎn)品的嚴(yán)重隱患，會(huì)使系船柱的設(shè)計(jì)系纜力大打折扣；4.底盤設(shè)計(jì)較厚，無謂地增大了產(chǎn)品重量，實(shí)屬浪費(fèi)；5.柱身與雙擋檐同樣存在厚度差，設(shè)計(jì)不合理。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要解決現(xiàn)有雙擋檐系船柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、容易產(chǎn)生縮松、縮孔、裂紋等鑄造缺陷，材料浪費(fèi)大等問題，提供一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱。?

本發(fā)明的具體方案是：針對(duì)現(xiàn)有的雙擋檐系船柱進(jìn)行改進(jìn)，它具有底盤、柱身及雙擋檐，在底盤上開有若干個(gè)錨栓沉孔，雙擋檐頂部中心處開有頂孔，所述柱身及雙擋檐為空腔結(jié)構(gòu)，柱身設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)壁厚為t,則雙擋檐壁厚為0.75t，其特征是：所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下端口內(nèi)徑D1=柱身外徑D-2t，柱身空腔上端口內(nèi)徑D2=柱身外徑D-1.5t；在底盤上開設(shè)有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t,側(cè)壁厚≥t；底盤空腔與柱身空腔的結(jié)合處采用大圓弧角過渡，底盤空腔的頂面與側(cè)面采用小圓弧角過渡；且在底盤空腔中位于每個(gè)錨栓沉孔處設(shè)有加強(qiáng)臺(tái)。?

本發(fā)明中所述底盤空腔的側(cè)壁厚為t—t+5mm，當(dāng)然適當(dāng)增厚也是可行的。?

本發(fā)明中所述底盤與柱身結(jié)合處的圓弧段壁厚為t。?

本發(fā)明中系船柱是采用HT250或ZG270—500鑄造而成。?

本發(fā)明中所述底盤是圓形或方形結(jié)構(gòu)。?

本發(fā)明的強(qiáng)度分析如下：?

1.原水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院技術(shù)研究室于1978年編制有《系船柱構(gòu)件通用設(shè)計(jì)編制說明》，其中有對(duì)系船柱殼體的強(qiáng)度驗(yàn)算；對(duì)柱身的強(qiáng)度驗(yàn)算如下：

柱身強(qiáng)度按普通材料力學(xué)公式計(jì)算。

一般港口水流速度不大（3-4海里/小時(shí)），浪高有限（≤1米），故系纜力可視為靜力。?

系纜角取最不利角，即在此情況下，柱頭產(chǎn)生最在拉應(yīng)力，柱底產(chǎn)生最大彎曲應(yīng)力，彎曲點(diǎn)為M。最不利角θ值的推算（計(jì)算圖式如圖6）：?

M=PcosθH?????P_V=Pcosθ

σ=?P_V/F?+?M/W?=?Psinθ/F?+?PcosθH/W

將上式對(duì)θ進(jìn)行一次微分：

f’(θ)?=?Pcosθ/F?-?PsinθH/W

令?f’(θ)?=?0，即得：

θ=?arc?tg(W/FH)

上式中：θ—最不利角；W—柱身截面系數(shù)；F—柱身下部截面積；H—柱身高度。

由上式計(jì)算可知，θ角僅與結(jié)構(gòu)尺寸（W柱身截面系數(shù)、F柱身下部截面積、H柱身高度）有關(guān)而與系纜力大小無關(guān)。據(jù)計(jì)算，各種系船柱殼體的θ值均小于載荷規(guī)范規(guī)定的垂直角β=15°(見表一)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，艏艉纜及倒纜的垂直角β在0°～10°范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率最多。因此，柱身強(qiáng)度按θ角計(jì)算是合理的。?

表一：?

2.新型系船柱殼體相對(duì)于老式系船柱殼體，未改變柱身高度H，殼體最大彎曲應(yīng)力點(diǎn)M處的有效壁厚t亦未改變，即柱身下部截面積F也未改變；因此，新型系船柱殼體的系纜力不小于老式殼體的系纜力。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:?

1.幾何結(jié)構(gòu)更合理

如圖6所示，整個(gè)柱體基本是一個(gè)近似等壁厚結(jié)構(gòu)，稍有差別處采用逐變過渡連接，符合鑄造件“應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成等壁厚件、以減少熱結(jié)、降低產(chǎn)生裂紋可能性”的原理。

雖然底盤安裝錨栓的螺孔處和靠近底盤最外徑處的厚度比基本壁厚t多了5mm，但僅多5mm由此引起產(chǎn)生鑄造熱結(jié)的可能性較小。?