一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及碼頭、船閘用的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱，它具有底盤、柱身及雙擋檐，在底盤上開有若干個錨栓沉孔，雙擋檐頂部開有頂孔，所述柱身及雙擋檐部份為空腔結(jié)構(gòu)，柱身設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)壁厚為t，則擋檐部份壁厚為0.75t,其特征是：所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下端口內(nèi)徑Dl=柱身外徑D-2t，柱身空腔上端口內(nèi)徑D2=柱身外徑D-l.5t;在底盤上開設(shè)有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t，側(cè)壁厚;且在底盤空腔中位于每個錨栓沉孔處設(shè)有加強(qiáng)臺；本發(fā)明克服了現(xiàn)有雙擋檐系船柱結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、容易產(chǎn)生縮松、縮孔、裂紋等鑄造缺陷，材料浪費(fèi)大等問題，主要用于碼頭、船閘等地對船只系纜。
【專利說明】一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碼頭、船閘用的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱。

【背景技術(shù)】
[0002]雙擋檐系船柱主要用于碼頭、船閘等地船只系纜，其強(qiáng)度直接涉及到船只的安全性。現(xiàn)有的雙擋檐系船柱參見圖1，它具有底盤、柱身及頂部的雙擋檐構(gòu)成，雙擋檐頂部開有頂孔，底盤上開有6個錨栓沉孔，所述柱身及雙擋檐部份為空腔結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中，柱身為等壁厚的筒體結(jié)構(gòu)，其壁厚為標(biāo)準(zhǔn)值t (根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJ-33系船柱通用圓集選定，一般有20、30、35、45、55、60、70、100、125mm等規(guī)格)，底盤厚度大于柱身壁厚t，而雙擋檐部份的壁厚為0.75t，現(xiàn)有雙檔系船柱存在的問題是: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(jié)合部的熱結(jié)產(chǎn)生裂紋，不符合鑄造件“應(yīng)盡量設(shè)計成等壁厚件、以減少熱結(jié)、降低產(chǎn)生裂紋可能性”的鑄造原理；2.底厚上薄結(jié)構(gòu)形式的鑄件在結(jié)晶凝固時，會在鑄件中上部位產(chǎn)生縮松、縮孔等鑄造缺陷；3.柱身與底盤結(jié)合部是系船柱的最大受力部位，此處的鑄造熱結(jié)裂紋是產(chǎn)品的嚴(yán)重隱患，會使系船柱的設(shè)計系纜力大打折扣；4.底盤設(shè)計較厚，無謂地增大了產(chǎn)品重量，實屬浪費(fèi)；5.柱身與雙擋檐同樣存在厚度差，設(shè)計不合理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是要解決現(xiàn)有雙擋檐系船柱結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、容易產(chǎn)生縮松、縮孔、裂紋等鑄造缺陷，材料浪費(fèi)大等問題，提供一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱。
[0004]本發(fā)明的具體方案是:針對現(xiàn)有的雙擋檐系船柱進(jìn)行改進(jìn)，它具有底盤、柱身及雙擋檐，在底盤上開有若干個錨栓沉孔，雙擋檐頂部中心處開有頂孔，所述柱身及雙擋檐為空腔結(jié)構(gòu)，柱身設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)壁厚為t，則雙擋檐壁厚為0.75t，其特征是:所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下端口內(nèi)徑DI =柱身外徑D-2t，柱身空腔上端口內(nèi)徑D2=柱身外徑D-1.51 ;在底盤上開設(shè)有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t，側(cè)壁厚> t ;底盤空腔與柱身空腔的結(jié)合處采用大圓弧角過渡，底盤空腔的頂面與側(cè)面采用小圓弧角過渡；且在底盤空腔中位于每個錨栓沉孔處設(shè)有加強(qiáng)臺。
[0005]本發(fā)明中所述底盤空腔的側(cè)壁厚為t一t+5mm,當(dāng)然適當(dāng)增厚也是可行的。
[0006]本發(fā)明中所述底盤與柱身結(jié)合處的圓弧段壁厚為t。
[0007]本發(fā)明中系船柱是采用HT250或ZG270— 500鑄造而成。
[0008]本發(fā)明中所述底盤是圓形或方形結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的強(qiáng)度分析如下:
1.原水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院技術(shù)研究室于1978年編制有《系船柱構(gòu)件通用設(shè)計編制說明》，其中有對系船柱殼體的強(qiáng)度驗算；對柱身的強(qiáng)度驗算如下:
柱身強(qiáng)度按普通材料力學(xué)公式計算。
[0010]一般港口水流速度不大(3-4海里/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(chǎn)生最在拉應(yīng)力，柱底產(chǎn)生最大彎曲應(yīng)力，彎曲點(diǎn)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(jìn)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—柱身截面系數(shù)；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(jié)構(gòu)尺寸(W柱身截面系數(shù)、F柱身下部截面積、H柱身高度)有關(guān)而與系纜力大小無關(guān)。據(jù)計算，各種系船柱殼體的Θ值均小于載荷規(guī)范規(guī)定的垂直角β=15° (見表一)。實測數(shù)據(jù)表明，艏艉纜及倒纜的垂直角β在0°?10°范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率最多。因此，柱身強(qiáng)度按Θ角計算是合理的。
[0013]表一:
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2.新型系船柱殼體相對于老式系船柱殼體，未改變柱身高度H，殼體最大彎曲應(yīng)力點(diǎn)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，新型系船柱殼體的系纜力不小于老式殼體的系纜力。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.幾何結(jié)構(gòu)更合理
如圖6所示，整個柱體基本是一個近似等壁厚結(jié)構(gòu)，稍有差別處采用逐變過渡連接，符合鑄造件“應(yīng)盡量設(shè)計成等壁厚件、以減少熱結(jié)、降低產(chǎn)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(chǎn)生鑄造熱結(jié)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(chǎn)，從底部開始，柱身內(nèi)徑逐步增大，壁厚由t逐漸減小到柱頭處為0.75t，與柱頂擋檐壁厚0.75t 一致；這樣的結(jié)構(gòu)，在柱身與柱頂?shù)闹苯墙Y(jié)合處亦可避免熱結(jié)裂紋的產(chǎn)生。
[0017]類似系船柱殼體形狀的這類鑄件，一般都采用的是底鑄工藝。新型系船柱殼體底部略厚一點(diǎn)、上部稍稍變薄，總體接近于等壁厚結(jié)構(gòu)，在結(jié)晶凝固時，基本可以達(dá)到由上而下順序凝固，將會使鑄件上下部分的晶相品質(zhì)基本一致，較為理想。
[0018]2.強(qiáng)度得到提高
由上述可知:鑄造熱結(jié)裂紋產(chǎn)生的可能性降低了，結(jié)晶凝固順序優(yōu)化了，整體晶相品質(zhì)也趨于一致；這些因素都有助于鑄件力學(xué)性能的提高，可以達(dá)到提高系纜力的效果。
[0019]3.可以借助柱身中心及底盤空腔灌入的混凝土的作用，進(jìn)一步提高系纜力。
[0020]4.適當(dāng)提高鑄件材質(zhì)牌號，增大了抗拉強(qiáng)度
本發(fā)明可選取的材質(zhì)牌號為:鑄鐵HT250、鑄鋼ZG270-500。
[0021]老式系船柱殼體選用的材質(zhì)牌號鑄鐵為HT20-40、鑄鋼為ZG25，這些老國標(biāo)材質(zhì)牌號都已作廢，HT200、ZG25在新國標(biāo)中分別相當(dāng)于HT200、ZG230-450。
[0022]灰鑄鐵件的新國標(biāo)是GB/T9439-2010，在新國標(biāo)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)是屬于較低端的，以當(dāng)今的鑄造熔煉技術(shù)，生產(chǎn)牌號為HT250產(chǎn)品相比于HT200牌號的產(chǎn)品并沒有增加多少難度和成本。
[0023]工程用鑄造碳鋼件的新國標(biāo)是GB/T11352-1989，在新國標(biāo)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)同樣屬于較低端牌號。因其含碳量較低、流動性不好，產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)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(chǎn)成本也就相應(yīng)要高。
[0024]進(jìn)一步提高殼體材質(zhì)牌號，也不會增大多少成本，但考慮到系船柱在實際使用過程中，會發(fā)生外力強(qiáng)力撞擊或大幅過載，此時，應(yīng)犧牲系船柱殼體，而不應(yīng)讓錨栓發(fā)生毀損，以方利于修復(fù)。因此，經(jīng)過綜合驗算，新殼體只是將材質(zhì)牌號適當(dāng)提高了一個檔次。
[0025]牌號改為HT250和ZG270-500后，不僅使系船柱殼體的機(jī)械強(qiáng)度得以提高，對于鑄鋼殼體，還能提高產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)率、適當(dāng)降低成本。
[0026]5.降低了成本
本發(fā)明比老式系船柱減少了部分弊端無益部分，經(jīng)計算，鑄鐵材質(zhì)的殼體可以減輕重量28%左右、鑄鋼材質(zhì)的殼體可以減輕重量25%左右，雖然因鑄造模型的改變，稍稍增大了制造成本，但經(jīng)綜合測算與實際生產(chǎn)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(xiàn)有雙擋檐系船柱的主剖視圖；
圖2是本發(fā)明的主剖視圖；
圖3是本發(fā)明的左(剖)視圖；
圖4是本發(fā)明的俯視圖；
圖5是本發(fā)明的仰視圖；
圖6是本發(fā)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(dān)，5—頂孔，6—加強(qiáng)臺，7—底盤空腔。

【具體實施方式】
[0029]參見圖2— 5，本發(fā)明具有底盤1、柱身3及雙擋檐4，在底盤I上開有若干個錨栓沉孔2，雙擋檐4頂部開有頂孔5，所述柱身3及雙擋檐4為空腔結(jié)構(gòu)，柱身3設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)壁厚為t=30mm，則雙擋檐4壁厚tl為22.5mm,特別是:所述柱身3空腔為錐形腔，柱身3空腔下端口內(nèi)徑Dl= 250-60=190mm (柱身外徑D由標(biāo)準(zhǔn)可查為250mm)，柱身3空腔上端口內(nèi)徑D2=250-45=205mm ;在底盤I上開設(shè)有空腔，保持底盤空腔7的頂面壁厚t3=30mm，側(cè)壁厚t2=30—35mm,具體為35mm。底盤空腔7與柱身空腔的結(jié)合處采用大圓弧角過渡，底盤空腔7的頂面與側(cè)面采用小圓弧角過渡；且在底盤空腔7中位于每個錨栓沉孔2處設(shè)有加強(qiáng)臺6。
[0030]本實施例中所述底盤I與柱身3結(jié)合處的圓弧段壁厚t4=30mm。
[0031]本發(fā)明中的柱身標(biāo)準(zhǔn)壁厚t，外徑D等其它部位尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。在Dl、D2、tl、t2、t3、t4按本發(fā)明設(shè)計方案確定外，系船柱的其它尺寸可按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系列設(shè)計。
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱，具有底盤、柱身及雙擋檐，在底盤上開有若干個錨栓沉孔，雙擋檐頂部開有頂孔，所述柱身及雙擋檐為空腔結(jié)構(gòu)，柱身設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)壁厚為t，則擋檐部份壁厚為0.75t，其特征是:所述柱身空腔為錐形腔，柱身空腔下端口內(nèi)徑Dl=柱身外徑D_2t，柱身空腔上端口內(nèi)徑D2=柱身外徑D-1.5t ;在底盤上開設(shè)有空腔，保持底盤空腔的頂面壁厚=t，側(cè)壁厚;底盤空腔與柱身空腔的結(jié)合處采用大圓弧角過渡，底盤空腔的頂面與側(cè)面采用小圓弧角過渡；且在底盤空腔中位于每個錨栓沉孔處設(shè)有加強(qiáng)臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱，其特征是:所述底盤空腔的側(cè)壁厚為 t—t+5mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱，其特征是:所述底盤與柱身結(jié)合處的圓弧段壁厚為t。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱，其特征是:系船柱是采用HT250或ZG270— 500鑄造而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)型雙擋檐系船柱，其特征是:所述底盤是圓形或方形結(jié)構(gòu)。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】方向明, 陳緒宇 申請人:黃石昂泰機(jī)電有限公司