[发明专利]一种增强型双挡檐系船柱

说明书

技术领域

本发明涉及码头、船闸用的一种增强型双挡檐系船柱。 

背景技术

双挡檐系船柱主要用于码头、船闸等地船只系缆，其强度直接涉及到船只的安全性。现有的双挡檐系船柱参见图1，它具有底盘、柱身及顶部的双挡檐构成，双挡檐顶部开有顶孔，底盘上开有6个锚栓沉孔，所述柱身及双挡檐部份为空腔结构，在现有标准设计中，柱身为等壁厚的筒体结构，其壁厚为标准值t（根据标准GJ-33系船柱通用圆集选定，一般有20、30、35、45、55、60、70、100、125mm等规格）,底盘厚度大于柱身壁厚t,而双挡檐部份的壁厚为0.75t，现有双档系船柱存在的问题是：1.柱身壁厚与底盘厚度相差太大，比值在1:1.3至1:2.8之间，铸造凝固时，易在柱身与底盘结合部的热结产生裂纹，不符合铸造件“应尽量设计成等壁厚件、以减少热结、降低产生裂纹可能性”的铸造原理；2.底厚上薄结构形式的铸件在结晶凝固时，会在铸件中上部位产生缩松、缩孔等铸造缺陷；3.柱身与底盘结合部是系船柱的最大受力部位，此处的铸造热结裂纹是产品的严重隐患，会使系船柱的设计系缆力大打折扣；4.底盘设计较厚，无谓地增大了产品重量，实属浪费；5.柱身与双挡檐同样存在厚度差，设计不合理。 

发明内容

本发明的目的就是要解决现有双挡檐系船柱结构设计不合理、容易产生缩松、缩孔、裂纹等铸造缺陷，材料浪费大等问题，提供一种增强型双挡檐系船柱。 

本发明的具体方案是：针对现有的双挡檐系船柱进行改进，它具有底盘、柱身及双挡檐，在底盘上开有若干个锚栓沉孔，双挡檐顶部中心处开有顶孔，所述柱身及双挡檐为空腔结构，柱身设计标准壁厚为t,则双挡檐壁厚为0.75t，其特征是：所述柱身空腔为锥形腔，柱身空腔下端口内径D1=柱身外径D-2t，柱身空腔上端口内径D2=柱身外径D-1.5t；在底盘上开设有空腔，保持底盘空腔的顶面壁厚=t,侧壁厚≥t；底盘空腔与柱身空腔的结合处采用大圆弧角过渡，底盘空腔的顶面与侧面采用小圆弧角过渡；且在底盘空腔中位于每个锚栓沉孔处设有加强台。 

本发明中所述底盘空腔的侧壁厚为t—t+5mm，当然适当增厚也是可行的。 

本发明中所述底盘与柱身结合处的圆弧段壁厚为t。 

本发明中系船柱是采用HT250或ZG270—500铸造而成。 

本发明中所述底盘是圆形或方形结构。 

本发明的强度分析如下： 

1.原水运规划设计院技术研究室于1978年编制有《系船柱构件通用设计编制说明》，其中有对系船柱壳体的强度验算；对柱身的强度验算如下：

柱身强度按普通材料力学公式计算。

一般港口水流速度不大（3-4海里/小时），浪高有限（≤1米），故系缆力可视为静力。 

系缆角取最不利角，即在此情况下，柱头产生最在拉应力，柱底产生最大弯曲应力，弯曲点为M。最不利角θ值的推算（计算图式如图6）： 

M=PcosθH     P_V=Pcosθ

σ= P_V/F + M/W = Psinθ/F + PcosθH/W

将上式对θ进行一次微分：

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—柱身截面系数；F—柱身下部截面积；H—柱身高度。

由上式计算可知，θ角仅与结构尺寸（W柱身截面系数、F柱身下部截面积、H柱身高度）有关而与系缆力大小无关。据计算，各种系船柱壳体的θ值均小于载荷规范规定的垂直角β=15°(见表一)。实测数据表明，艏艉缆及倒缆的垂直角β在0°～10°范围内出现的概率最多。因此，柱身强度按θ角计算是合理的。 

表一： 

2.新型系船柱壳体相对于老式系船柱壳体，未改变柱身高度H，壳体最大弯曲应力点M处的有效壁厚t亦未改变，即柱身下部截面积F也未改变；因此，新型系船柱壳体的系缆力不小于老式壳体的系缆力。

本发明的优点是: 

1.几何结构更合理

如图6所示，整个柱体基本是一个近似等壁厚结构，稍有差别处采用逐变过渡连接，符合铸造件“应尽量设计成等壁厚件、以减少热结、降低产生裂纹可能性”的原理。

虽然底盘安装锚栓的螺孔处和靠近底盘最外径处的厚度比基本壁厚t多了5mm，但仅多5mm由此引起产生铸造热结的可能性较小。