[發明專利]水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法

有效

• 申請號: 201811635329.X
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109783908B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 郭博文;王荊;宋力;趙蘭浩;張偉
• 申請（專利權）人: 黃河水利委員會黃河水利科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F17/13;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采集水力式升船機系統浮筒、承船廂、同步系統、卷筒和導向系統的參數取值，建立相應的力學模型；

(2)基于力學解析方法，根據靜力學平衡原理及承船廂變形協調條件，以承船廂、浮筒和同步系統為對象，建立水力式升船機系統力學平衡方程，得出承船廂縱向傾斜過程中廂內水體產生的縱向傾覆力矩以及承船廂、浮筒和同步系統所提供的縱向抗傾覆力矩，對同步系統獨立工作下水力式升船機承船廂縱向抗傾覆問題進行靜態理論分析，研究該運行條件下系統的縱向抗傾覆特性，并分析同步系統縱向抗傾覆特性的影響因素；

(3)基于導向系統的工作原理，結合導向系統的各力學參數，以承船廂、浮筒和導向系統為研究對象，采用作圖法推求導向系統所提供的縱向抗傾覆力矩，對導向系統獨立工作下水力式升船機承船廂縱向抗傾覆問題進行靜態理論分析，研究該運行條件下系統的縱向抗傾覆特性，并分析導向系統縱向抗傾覆特性的影響因素；

(4)根據船廂縱向傾斜過程中廂內水體產生的縱向傾覆力矩以及承船廂、浮筒、同步系統和導向系統所提供的縱向抗傾覆力矩，建立靜力狀態下系統穩定的判定條件；

(5)根據剛體定軸轉動動力學理論，結合承船廂縱向傾覆過程中動水壓力產生的縱向傾覆力矩，建立水力式升船機系統承船廂縱向傾覆過程中動力學方程，對不同運行條件下水力式升船機承船廂縱向抗傾覆問題進行動態理論分析，探究不同運行條件下系統的縱向抗傾覆特性，并分析同步系統和導向系統縱向抗傾覆特性的影響因素。

2.根據權利要求1所述的水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為：

建立如下的水力式升船機系統力學平衡方程：

∑M_O＝0

由承船廂變形協調條件以及同步軸的平衡條件可知：

θ₁:θ₂:θ₃:θ₄:θ₅:θ₆:θ₇＝l₂:l₃:l₄:l₅:l₆:l₇:l₈

M₁+M₂+M₃+M₄+M₅+M₆+M₇+M₈＝0

M_i(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)和θ_i(i＝1,2,3,4,5,6,7)具體滿足：

M_i＝(F_i-F_i')R(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)

根據浮筒側受力情況可知：

根據幾何關系可知：

式中，α為承船廂縱向傾斜角度為；W為承船廂重；h₁為重心距離船廂底距離；W₁為平行四邊形水體部分重；W₂為三角形水體部分重；L為承船廂長；B為承船廂寬；H為承船廂高；h₂為承船廂發生縱向傾斜之前廂內水深；S為浮筒底面積；ρ_W為水體密度；g為重力加速度；F_i(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)為第i個卷筒上鋼絲繩所受到的拉力；F_i'(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)為第i個卷筒上連接浮筒的鋼絲繩所受到的拉力；R為卷筒半徑；l_i(i＝2,3,4,5,6,7,8)為承船廂沿縱向方向第i-1個卷筒上鋼絲繩和第i個卷筒上鋼絲繩吊點間距離；θ_i(i＝1,2,3,4,5,6,7)為第i個卷筒和第i+1個卷筒之間同步軸扭轉角度；M_i(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)為第i個卷筒上兩側鋼絲繩不平衡力所產生的扭矩；G_i(i＝2,3,4,5,6,7,8)為第i-1個卷筒和第i個卷筒之間同步軸的剪切剛度；Ip_i(i＝2,3,4,5,6,7,8)為第i-1個卷筒和第i個卷筒之間同步軸的等效截面極慣性矩；l為承船廂沿縱向方向兩側鋼絲繩間吊點間距離，滿足l＝6l₂+l₅；Δh₀為同步系統各部件間間隙取值；

聯立上式，求解可得：

對于上式，令：

M_C＝Wtanα(H-h₁)

式中，為靜水壓力產生的縱向傾覆力矩；M_C為承船廂自身重量產生的縱向抗傾覆力矩；M_F為浮筒產生的縱向抗傾覆力矩，M_T為同步系統有間隙情況下產生的縱向抗傾覆力矩；

則上式可寫為：

求解上式可得到同步系統獨立工作時承船廂穩定時的縱向傾斜角度α，即求得承船廂穩定時縱向傾斜量。