[发明专利]船闸和升船机的挡水闸门防撞方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程通航建筑物领域，特别是涉及船闸和升船机的挡水闸门防撞方法。

背景技术

水利枢纽的船闸和升船机等通航设施的挡水闸门，需要设置防撞装置以免受失速船舶的撞击。目前船闸和升船机的防撞装置的消能技术主要有两种，一种是利用刚性防撞梁的弹性变形消能，一种是利用钢丝绳的弹性变形和液压油缸的缓冲联合消能。

现有技术一直偏见地认为：只能单纯地利用刚性防撞梁的塑性变形效能原理，需要在刚性防撞梁很长区间做功吸能，使钢梁在遭受船只撞击时结构应力控制在弹性变形范围内。由于现有技术一直是以刚性防撞梁的弹性变形阻止船舶前行，因此撞击力很大，仅仅适用于承载结构能力较强的船闸及升船机闸首上，不适用于升船机船厢闸门的防撞；而利用钢丝绳的弹性变形和液压油缸的缓冲联合消能原理，在船闸和升船机中均有应用，但利用这种原理设计的防撞装置构造复杂，由于船只撞击时钢丝绳的弹性变形及油缸的位移较大，船厢水域的长度需因此加大，造成船厢重量及尺寸的增加，并且设备制造安装精度要求高，动作环节多，工作可靠性差，维护工作量大。

发明内容

本发明的目的是为了克服了现有技术的偏见，提供一种基于刚性防撞梁的塑性变形消能原理，实现通航建筑物挡水闸门防撞的目的，并提供塑性变形防撞方法。

为实现上述目的，本发明提供的船闸和升船机的挡水闸门防撞方法，其特别之处在于：在通航建筑物挡水闸门的正前方设置刚性防撞梁，所述刚性防撞梁的两端均连接有自动升降驱动装置，根据刚性防撞梁在塑性变形阶段应变增加而应力不增加的特性，利用刚性防撞梁的塑性变形能吸收失速船舶的动能。

上述自动升降驱动装置包括设置在通航建筑物挡水闸门的正前方上部的定滑轮，所述定滑轮的一端通过钢丝绳与所述刚性防撞梁的端部连接，所述定滑轮的另一端通过钢丝绳与动滑轮的一端连接，所述动滑轮的另一端固定连接在通航建筑物挡水闸门的正前方上部，所述动滑轮的滑轮轴与油缸的输出端连接，所述油缸设置在油缸支座上。

本发明基于基于刚性防撞梁塑性变形消能的原理实现了挡水闸门防撞的目的的原理如下：

如图1所示的合金结构钢的σ-ε实验曲线，在曲线EP段存在明显的水平线段，这意味着刚性防撞梁最大应力在该区间工作时，当撞击力达到一定程度时，弯曲梁在最大内力截面形成塑性铰，此时应变增加而应力不增加，即变形增加而传至导承槽的撞击力不增加。如钢防撞梁的设计塑性应变为1%，则应变能密度为区域OEPBAO的面积，该面积接近弹性应变能密度△OEA面积的10倍，这说明在同样的结构尺寸及同样的撞击力条件下，刚性防撞梁的吸能能力远大于弹性梁。因此，采用塑性设计可显著减小刚性防撞梁的横截面积，使船舶动能主要依靠刚性防撞梁的塑形变形能吸收，进而减少结构承受的撞击力。

本发明克服了现有技术的偏见，基于刚性防撞梁塑性变形消能的原理实现了挡水闸门防撞的目的，克服了基于刚性防撞梁弹性变形消能原理设计的刚性防撞梁因撞击载荷过大引起的相关结构设计难度大的问题，解决了采用钢丝绳弹性变形和液压缓冲油缸联合消能技术带来的系统构造复杂，设备制造安装精度要求高，维修量大，工作可靠性差等问题，具有结构简单、容易实现，可靠性强的优点。

附图说明

图1为本发明刚性防撞梁的σ-ε实验曲线和幂函数塑性本构关系曲线。

图1中：其中，实线表示刚性防撞梁的σ-ε实验曲线，双点划线为其幂函数塑性本构关系曲线，该曲线通过材料的屈服极限、屈服应变、强度极限及对应应变等参数值通过曲线拟合技术获得。塑性钢梁的应力应变范围为OEPBO，其面积代表其应变能密度，弹性工作范围为三角OAE，其面积远小于OEPBO。

图2为本发明船闸和升船机的挡水闸门防撞方法中的刚性防撞梁及其驱动结构示意图。

图中：1-刚性防撞梁；2-定滑轮；3-钢丝绳；4-动滑轮；5-油缸；6-油缸支座。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

船闸和升船机的挡水闸门防撞方法，具体是在通航建筑物挡水闸门的正前方设置刚性防撞梁，刚性防撞梁的两端均连接有自动升降驱动装置，根据刚性防撞梁在塑性变形阶段应变增加而应力不增加的特性，利用刚性防撞梁的塑性变形能吸收失速船舶的动能。