一種增強型雙擋簷繫船柱的製作方法

2023-06-04 19:32:11

一種增強型雙擋簷繫船柱的製作方法
【專利摘要】本發明涉及碼頭、船閘用的一種增強型雙擋簷繫船柱，它具有底盤、柱身及雙擋簷，在底盤上開有若干個錨栓沉孔，雙擋簷頂部開有頂孔，所述柱身及雙擋簷部份為空腔結構，柱身設計標準壁厚為t，則擋簷部份壁厚為0.75t,其特徵是：所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下埠內徑Dl=柱身外徑D-2t，柱身空腔上埠內徑D2=柱身外徑D-l.5t;在底盤上開設有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t，側壁厚;且在底盤空腔中位於每個錨栓沉孔處設有加強臺；本發明克服了現有雙擋簷繫船柱結構設計不合理、容易產生縮松、縮孔、裂紋等鑄造缺陷，材料浪費大等問題，主要用於碼頭、船閘等地對船隻系纜。
【專利說明】一種增強型雙擋簷繫船柱

【技術領域】
[0001]本發明涉及碼頭、船閘用的一種增強型雙擋簷繫船柱。

【背景技術】
[0002]雙擋簷繫船柱主要用於碼頭、船閘等地船隻系纜，其強度直接涉及到船隻的安全性。現有的雙擋簷繫船柱參見圖1，它具有底盤、柱身及頂部的雙擋簷構成，雙擋簷頂部開有頂孔，底盤上開有6個錨栓沉孔，所述柱身及雙擋簷部份為空腔結構，在現有標準設計中，柱身為等壁厚的筒體結構，其壁厚為標準值t (根據標準GJ-33繫船柱通用圓集選定，一般有20、30、35、45、55、60、70、100、125mm等規格)，底盤厚度大於柱身壁厚t，而雙擋簷部份的壁厚為0.75t，現有雙檔繫船柱存在的問題是: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，易在柱身與底盤結合部的熱結產生裂紋，不符合鑄造件「應儘量設計成等壁厚件、以減少熱結、降低產生裂紋可能性」的鑄造原理；2.底厚上薄結構形式的鑄件在結晶凝固時，會在鑄件中上部位產生縮松、縮孔等鑄造缺陷；3.柱身與底盤結合部是繫船柱的最大受力部位，此處的鑄造熱結裂紋是產品的嚴重隱患，會使繫船柱的設計系纜力大打折扣；4.底盤設計較厚，無謂地增大了產品重量，實屬浪費；5.柱身與雙擋簷同樣存在厚度差，設計不合理。


【發明內容】

[0003]本發明的目的就是要解決現有雙擋簷繫船柱結構設計不合理、容易產生縮松、縮孔、裂紋等鑄造缺陷，材料浪費大等問題，提供一種增強型雙擋簷繫船柱。
[0004]本發明的具體方案是:針對現有的雙擋簷繫船柱進行改進，它具有底盤、柱身及雙擋簷，在底盤上開有若干個錨栓沉孔，雙擋簷頂部中心處開有頂孔，所述柱身及雙擋簷為空腔結構，柱身設計標準壁厚為t，則雙擋簷壁厚為0.75t，其特徵是:所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下埠內徑DI =柱身外徑D-2t，柱身空腔上埠內徑D2=柱身外徑D-1.51 ;在底盤上開設有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t，側壁厚> t ;底盤空腔與柱身空腔的結合處採用大圓弧角過渡，底盤空腔的頂面與側面採用小圓弧角過渡；且在底盤空腔中位於每個錨栓沉孔處設有加強臺。
[0005]本發明中所述底盤空腔的側壁厚為t一t+5mm,當然適當增厚也是可行的。
[0006]本發明中所述底盤與柱身結合處的圓弧段壁厚為t。
[0007]本發明中繫船柱是採用HT250或ZG270— 500鑄造而成。
[0008]本發明中所述底盤是圓形或方形結構。
[0009]本發明的強度分析如下:
1.原水運規劃設計院技術研究室於1978年編制有《繫船柱構件通用設計編制說明》，其中有對繫船柱殼體的強度驗算；對柱身的強度驗算如下:
柱身強度按普通材料力學公式計算。
[0010]一般港口水流速度不大(3-4海裡/小時)，浪高有限(< I米)，故系纜力可視為靜力。
[0011]系纜角取最不利角，即在此情況下，柱頭產生最在拉應力，柱底產生最大彎曲應力，彎曲點為M。最不利角Θ值的推算(計算圖式如圖6):
M=PcosΘH Pv=PcosΘ σ = Pv/F + M/ff = PsinΘ/F + PcosΘH/W 將上式對Θ進行一次微分:
/，( Θ) = PcosΘ/F - PsinΘH/W 令廣(Θ) = 0，即得:
Θ= arc tg(W/FH)
上式中:Θ—最不利角；W—柱身截面係數；F—柱身下部截面積；H—柱身聞度。
[0012]由上式計算可知，Θ角僅與結構尺寸(W柱身截面係數、F柱身下部截面積、H柱身高度)有關而與系纜力大小無關。據計算，各種繫船柱殼體的Θ值均小於載荷規範規定的垂直角β=15° (見表一)。實測數據表明，艏艉纜及倒纜的垂直角β在0°?10°範圍內出現的概率最多。因此，柱身強度按Θ角計算是合理的。
[0013]表一:
1............-.....................................1.....................................................................τ...................................1.......................................................................................................................................................................................................1........................................................................1
W SvT ?I
I 5)if.::c-?UOO巧 C.1C-CC' ；|
0 ^ in ii
ft 最不躬f I ir:先;:； i*r ? | *v i1: r:-? r.!.? ；rr::片 vti；；- s | u' w::;? j
tt H\w 1.-1 I f—.*?*I!
特T 1- T-tf* 1:1「一一:: ———\
；1-::.2.:, - y-r ? ^ I 1:1V I '
iff ajf I丨丨1.L,,_,...1._J_JLi_4?_JJ_.^L._- -L-_L_J
2.新型繫船柱殼體相對於老式繫船柱殼體，未改變柱身高度H，殼體最大彎曲應力點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，新型繫船柱殼體的系纜力不小於老式殼體的系纜力。
[0014]本發明的優點是:
1.幾何結構更合理
如圖6所示，整個柱體基本是一個近似等壁厚結構，稍有差別處採用逐變過渡連接，符合鑄造件「應儘量設計成等壁厚件、以減少熱結、降低產生裂紋可能性」的原理。
[0015]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由此引起產生鑄造熱結的可能性較小。
[0016]柱身底部厚度按還原老式柱身基本厚度t生產，從底部開始，柱身內徑逐步增大，壁厚由t逐漸減小到柱頭處為0.75t，與柱頂擋簷壁厚0.75t 一致；這樣的結構，在柱身與柱頂的直角結合處亦可避免熱結裂紋的產生。
[0017]類似繫船柱殼體形狀的這類鑄件，一般都採用的是底鑄工藝。新型繫船柱殼體底部略厚一點、上部稍稍變薄，總體接近於等壁厚結構，在結晶凝固時，基本可以達到由上而下順序凝固，將會使鑄件上下部分的晶相品質基本一致，較為理想。
[0018]2.強度得到提高
由上述可知:鑄造熱結裂紋產生的可能性降低了，結晶凝固順序優化了，整體晶相品質也趨於一致；這些因素都有助於鑄件力學性能的提高，可以達到提高系纜力的效果。
[0019]3.可以藉助柱身中心及底盤空腔灌入的混凝土的作用，進一步提高系纜力。
[0020]4.適當提高鑄件材質牌號，增大了抗拉強度
本發明可選取的材質牌號為:鑄鐵HT250、鑄鋼ZG270-500。
[0021]老式繫船柱殼體選用的材質牌號鑄鐵為HT20-40、鑄鋼為ZG25，這些老國標材質牌號都已作廢，HT200、ZG25在新國標中分別相當於HT200、ZG230-450。
[0022]灰鑄鐵件的新國標是GB/T9439-2010，在新國標中，灰鑄鐵件共有HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350 等八個牌號，HT200 (老牌號 HT20-40)是屬於較低端的，以當今的鑄造熔煉技術，生產牌號為HT250產品相比於HT200牌號的產品並沒有增加多少難度和成本。
[0023]工程用鑄造碳鋼件的新國標是GB/T11352-1989，在新國標中，工程用鑄鋼共有 ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640 等五個牌號，其中的ZG230-450(老牌號ZG25)同樣屬於較低端牌號。因其含碳量較低、流動性不好，產品的優質率往往沒有ZG270-550高，又因含碳量低，對煉鋼所需的廢鋼也有要求，生產成本也就相應要高。
[0024]進一步提高殼體材質牌號，也不會增大多少成本，但考慮到繫船柱在實際使用過程中，會發生外力強力撞擊或大幅過載，此時，應犧牲繫船柱殼體，而不應讓錨栓發生毀損，以方利於修復。因此，經過綜合驗算，新殼體只是將材質牌號適當提高了一個檔次。
[0025]牌號改為HT250和ZG270-500後，不僅使繫船柱殼體的機械強度得以提高，對於鑄鋼殼體，還能提高產品優質率、適當降低成本。
[0026]5.降低了成本
本發明比老式繫船柱減少了部分弊端無益部分，經計算，鑄鐵材質的殼體可以減輕重量28%左右、鑄鋼材質的殼體可以減輕重量25%左右，雖然因鑄造模型的改變，稍稍增大了製造成本，但經綜合測算與實際生產檢驗，總體成本仍可降低20%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是現有雙擋簷繫船柱的主剖視圖；
圖2是本發明的主剖視圖；
圖3是本發明的左(剖)視圖；
圖4是本發明的俯視圖；
圖5是本發明的仰視圖；
圖6是本發明的受力分析圖。
[0028]圖中:1 一底盤，2—鋪檢沉孔，3—柱身，4一雙擋擔，5—頂孔，6—加強臺，7—底盤空腔。

【具體實施方式】
[0029]參見圖2— 5，本發明具有底盤1、柱身3及雙擋簷4，在底盤I上開有若干個錨栓沉孔2，雙擋簷4頂部開有頂孔5，所述柱身3及雙擋簷4為空腔結構，柱身3設計標準壁厚為t=30mm，則雙擋簷4壁厚tl為22.5mm,特別是:所述柱身3空腔為錐形腔，柱身3空腔下埠內徑Dl= 250-60=190mm (柱身外徑D由標準可查為250mm)，柱身3空腔上埠內徑D2=250-45=205mm ;在底盤I上開設有空腔，保持底盤空腔7的頂面壁厚t3=30mm，側壁厚t2=30—35mm,具體為35mm。底盤空腔7與柱身空腔的結合處採用大圓弧角過渡，底盤空腔7的頂面與側面採用小圓弧角過渡；且在底盤空腔7中位於每個錨栓沉孔2處設有加強臺6。
[0030]本實施例中所述底盤I與柱身3結合處的圓弧段壁厚t4=30mm。
[0031]本發明中的柱身標準壁厚t，外徑D等其它部位尺寸均按標準設計。在Dl、D2、tl、t2、t3、t4按本發明設計方案確定外，繫船柱的其它尺寸可按標準進行系列設計。
【權利要求】
1.一種增強型雙擋簷繫船柱，具有底盤、柱身及雙擋簷，在底盤上開有若干個錨栓沉孔，雙擋簷頂部開有頂孔，所述柱身及雙擋簷為空腔結構，柱身設計標準壁厚為t，則擋簷部份壁厚為0.75t，其特徵是:所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下埠內徑Dl=柱身外徑D_2t，柱身空腔上埠內徑D2=柱身外徑D-1.5t ;在底盤上開設有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t，側壁厚;底盤空腔與柱身空腔的結合處採用大圓弧角過渡，底盤空腔的頂面與側面採用小圓弧角過渡；且在底盤空腔中位於每個錨栓沉孔處設有加強臺。
2.根據權利要求1所述的一種增強型雙擋簷繫船柱，其特徵是:所述底盤空腔的側壁厚為 t—t+5mm0
3.根據權利要求1所述的一種增強型雙擋簷繫船柱，其特徵是:所述底盤與柱身結合處的圓弧段壁厚為t。
4.根據權利要求1所述的一種增強型雙擋簷繫船柱，其特徵是:繫船柱是採用HT250或ZG270— 500鑄造而成。
5.根據權利要求1所述的一種增強型雙擋簷繫船柱，其特徵是:所述底盤是圓形或方形結構。
【文檔編號】E02B3/24GK104213540SQ201310204780
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優先權日:2013年5月29日
【發明者】方向明, 陳緒宇 申請人:黃石昂泰機電有限公司