[發(fā)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

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109783908B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭博文;王荊;宋力;趙蘭浩;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 黃河水利委員會黃河水利科學(xué)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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法，本發(fā)明基于力學(xué)解析法和剛體運動理論，提出了一種水力式升船機承船廂抗傾覆穩(wěn)定性靜、動態(tài)理論分析方法和系統(tǒng)穩(wěn)定性判定條件，對同步系統(tǒng)獨立工作時和導(dǎo)向系統(tǒng)獨立工作時承船廂縱向抗傾覆特性進(jìn)行了靜、動態(tài)理論分析研究，分析了同步系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)縱向抗傾覆特性的影響因素，闡明了同步系統(tǒng)間隙取值和導(dǎo)輪與導(dǎo)軌間間隙取值是影響同步系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)獨立工作時系統(tǒng)縱向抗傾覆特性的重要因素，探討了動水傾覆力矩的存在對承船廂縱向傾斜量的影響，揭示了承船廂縱向抗傾覆機理。為水力式升船機承船廂縱向抗傾覆設(shè)計提供了科學(xué)、合理的依據(jù)和參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水力式升船機承船廂穩(wěn)定性分析，具體涉及一種水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法。

背景技術(shù)

學(xué)者對水力式升船機進(jìn)行了大量的研究，但大部分研究是針對水力式升船機設(shè)計原理和水力提升系統(tǒng)同步問題，對水力式升船機承船廂縱向抗傾覆問題的研究極少。水力式升船機在運行過程中承船廂受某種外界因素影響一旦出現(xiàn)微小的傾斜，承船廂中的水體將會對承船廂產(chǎn)生一個傾覆力矩，從而加劇承船廂的傾斜，而承船廂的繼續(xù)傾斜又使該傾覆力矩繼續(xù)增大，流固耦合現(xiàn)象明顯，若系統(tǒng)不能提供足夠大的抗傾覆力矩，承船廂會出現(xiàn)失穩(wěn)傾覆的安全事故。因此，為保障升船機的平穩(wěn)運行，需要水力式升船機系統(tǒng)能夠提供足夠大的抗傾覆力矩來抵抗承船廂的傾斜。

胡亞安等通過景洪水力式升船機原設(shè)計方案階段的物理模型試驗，發(fā)現(xiàn)了水力式升船機承船廂帶水失穩(wěn)現(xiàn)象，給出了承船廂運行過程中其最大傾斜量的計算公式，并結(jié)合物理模型試驗結(jié)果，認(rèn)為改造后的水力式升船機是一個收斂穩(wěn)定的系統(tǒng)。但其理論推導(dǎo)過程是在靜力平衡條件下并依托于簡化后的水力式升船機同步系統(tǒng)概化模型進(jìn)行的，未考慮承船廂傾斜過程中動水傾覆力矩的存在，忽略了浮筒所產(chǎn)生的縱向抗傾覆力矩，所得結(jié)果有一定的局限性。上述針對水力式升船機承船廂抗傾覆問題的研究主要采用物理模型試驗，對承船廂抗傾覆問題進(jìn)行理論分析研究的較少，且僅限于概化模型下靜力理論分析研究。事實上，承船廂傾斜過程是一動態(tài)過程，承船廂和廂內(nèi)水體間流固耦合問題突出，僅考慮廂內(nèi)水體的靜水傾覆力矩有失偏頗。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法，解決現(xiàn)有水力式升船機承船廂縱向抗傾覆分析局限，可靠性差的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的水力式升船機承船廂縱向抗傾覆理論分析方法，包括以下步驟：

(1)采集水力式升船機系統(tǒng)浮筒、承船廂、同步系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)等參數(shù)取值，建立相應(yīng)的力學(xué)模型；

(2)基于力學(xué)解析方法，根據(jù)靜力學(xué)平衡原理及承船廂變形協(xié)調(diào)條件，以承船廂、浮筒和同步系統(tǒng)為對象，建立水力式升船機系統(tǒng)力學(xué)平衡方程，得出承船廂縱向傾斜過程中廂內(nèi)水體產(chǎn)生的縱向傾覆力矩以及承船廂、浮筒和同步系統(tǒng)所提供的縱向抗傾覆力矩,對該運行條件下水力式升船機承船廂縱向抗傾覆問題進(jìn)行靜態(tài)理論分析，研究該運行條件下系統(tǒng)的縱向抗傾覆特性，并分析同步系統(tǒng)縱向抗傾覆特性的影響因素；

(3)基于導(dǎo)向系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合導(dǎo)向系統(tǒng)的各力學(xué)參數(shù)，以承船廂、浮筒和導(dǎo)向系統(tǒng)為研究對象，采用作圖法推求導(dǎo)向系統(tǒng)所提供的縱向抗傾覆力矩，對該運行條件下水力式升船機承船廂縱向抗傾覆問題進(jìn)行靜態(tài)理論分析，研究該運行條件下系統(tǒng)的縱向抗傾覆特性，并分析導(dǎo)向系統(tǒng)縱向抗傾覆特性的影響因素；

(4)根據(jù)船廂縱向傾斜過程中廂內(nèi)水體產(chǎn)生的縱向傾覆力矩以及承船廂、浮筒、同步系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)所提供的縱向抗傾覆力矩，建立靜力狀態(tài)下系統(tǒng)穩(wěn)定的判定條件；

(5)根據(jù)剛體定軸轉(zhuǎn)動動力學(xué)理論，結(jié)合承船廂縱向傾覆過程中動水壓力產(chǎn)生的縱向傾覆力矩，建立水力式升船機系統(tǒng)承船廂縱向傾覆過程中動力學(xué)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(jìn)行動態(tài)理論分析，探究不同運行條件下系統(tǒng)的縱向抗傾覆特性，并分析同步系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)縱向抗傾覆特性的影響因素。