专利名称：适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种码头系缆装置，具体的为一种适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置。
背景技术：
近10年来，在西部大开发等战略的指导下，我国内河水运事业得到迅猛发展，内河码头结构形式也不断创新。其中，大型直立式码头凭借较高的机械化装卸效率和对年水位变幅的适应能力，在西部地区的山区河流中得到广泛的应用。但是，山区河流通常水文条件恶劣，航道条件复杂，加之水电站的建设带来的调峰、集中泄洪影响，增加了船舶通航中的不确定因素和驾驶操纵难度。上游电站频繁的调峰运行，将使下游河道水位在较段时段内大起大落，一些电站调峰时，下游河道的水位变幅将达到6m/7、h。水位的瞬时升降可能导致正在装卸作业的船只因来不及换缆而使缆索断裂， 从而引发船舶翻沉的海损事故，造成人员伤亡和巨大经济损失。目前，适用于水位变幅的系缆方式主要有以下三种方式 1、分层系缆
水位变化时，根据船舶位置，人工改变系缆位置，从而适应水位变化时的系缆要求。分层系缆工作原理简单，施工方便，在直立式码头中应用广泛。但是，当水位瞬时变幅很大时， 分层系缆由于其操作的滞后性，极易造成脱缆，船体倾覆等严重事故，并且分层系缆在操作过程中，都是由人力进行，对操作人员的生命安全构成很大威胁。所以分层系缆适用范围有限，不适合在水位瞬时大变幅的直立式码头中使用。2、趸船
趸船码头就是俗称的“趸船加跳板”运输方式，它由一个平底长方型的非自航船和栈桥组成。趸船主要用于停靠船舶，栈桥则用于连接趸船与河岸，是上下运送旅客或装卸货物用的一种浮码头。河道水位变化时，趸船可随时根据水位升降而挪动，因而对水位变幅的适应能力很强，但是趸船通常是靠人工换缆和走缆，在遭受水位瞬时变幅时，依靠人力很难实现趸船随水位的移位。3、浮式系缆装置
近年来，为解决水位瞬时大变幅的船舶系缆问题，专家学者提出了许多解决方案，其中大多数方案基本原理都是利用浮力，使系船柱随水位上下浮动。通过这种方式实现系船柱与船舶基本保持相对静止，从而解决水位变幅所带来的安全系缆问题。通过对一系列已有的浮式系缆装置研究，我们发现这些装置大多数都还处在探讨研究阶段，在实际使用过程中都还存在一些问题。公开号为CN 201236337的中国专利公开了一种码头系缆装置，该码头系缆装置由两根钢柱及浮筒和系缆桩及连接钢索或铁链组成，两根钢柱两端焊接法兰，固定在码头的系缆结构的里外层中，浮筒箍在钢柱上，且能上下滑动。该码头系缆装置虽然在一定程度上能够利用浮力来解决水位变幅时的船舶系缆问题，但是仅能适用于水位变幅较小的水道，在水位瞬时变幅大、水流流速大且水流紊乱的河道中，该码头系缆装置的受力强度以及浮筒的运行方式很难满足随水位变化的要求，重要的是，该码头系缆装置没有解决受力复杂的浮筒装置防止卡死的技术问题。本发明旨在探索一种适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，该适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置借鉴船闸中浮式系船装置的成功经验，开发出一种具有受力强度高、浮力大和不会被卡住的浮式系缆装置，并能够适用于水流流态紊乱、横向流速大的水道码头。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，该适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置通过增强强度等级和增大浮筒浮力，不仅具有强度大和浮力大的优点，而且在复杂受力情况能够正常工作，不被卡住，能够适用于水流流态紊乱、横向流速大和水位瞬时变幅大的河道码头。要实现上述技术目的，本发明适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置， 包括浮筒、系船柱和系缆桩，所述系船柱与所述浮筒呈一体设置，所述系船柱上两两对称地设有用于减少摩擦阻力的四个行走主轮，以及与所述行走主轮一一对应设置的弹簧平衡装置；所述弹簧平衡装置包括弹簧、侧轮支架、铰接在所述侧轮支架前端的侧向平衡轮和与所述行走主轮转轴固定连接的连接板；所述侧轮支架的后端以及连接板上设有相互活动配合的伸缩杆；所述弹簧位于所述连接板与侧轮支架之间并套装在该伸缩杆上；所述系缆桩上设有与所述浮筒相匹配的浮筒轨道，所述浮筒轨道的两侧壁上对应地设有用于行走主轮滑动的凹槽，所述行走主轮与所述凹槽的侧壁相配合，所述侧向平衡轮与所述凹槽槽底相配
口 O进一步，所述浮筒为采用玻璃钢材料制成，不仅具有足够强度和刚度，而且自重较轻，浮力更大；
进一步，所述浮筒内设有用于加强强度的横纵隔板；
进一步，所述行走主轮与行走主轮转轴之间设有采用铜合金、胶木或复合材料制成的轴套；
进一步，所述行走主轮为采用经表平面强化的合金铸钢制成的悬臂式滚动支承滚轮；
进一步，所述位于对角线上的两个弹簧平衡装置的弹簧阻尼系数相等；
进一步，所述系缆桩用混凝土浇筑而成，且所述浮筒轨道与凹槽内均铺设有钢板。本发明的有益效果如下。1、浮式系缆装置受到的缆绳拉力主要来自于两个方向一是垂直于岸线的船舶缆绳拉力，另一个是顺流方向的流速力和水流的脉动力，与船闸受力不同的是，停靠的船闸闸室中的船舶主要是随水位升降的垂直运动，而停靠码头的船舶在河道水流作用下，还会产生较大的横向作用力，该横向作用力不仅产生较大的缆绳拉力，还会对浮筒的造成较大阻力，从而导致系缆装置在升降过程中容易被卡死；
本发明适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置通过设置与浮筒一体的系船柱，并在系船柱上对称地设置四个行走主轮，能够有效增强在垂直于岸线方向上的受力性能，并通过增强系船柱的受力性能，使得系缆装置能够承受更大的船舶缆绳拉力；通过在行走主轮轴上设置弹簧平衡装置，在弹簧力的作用下不仅能够使得本发明的系缆装置能够承受较大的流速力，而且在弹簧平衡装置的平衡力作用下，浮筒能够自动调节运动姿态，克服河道中复杂波浪产生的脉动力，使浮筒保持动态平衡状态，防止浮筒在运动过程中被卡死；
通过在系缆桩上设置与浮筒相配合的浮筒轨道，浮筒在浮力的作用下克服摩擦力和自重在浮筒轨道内上下滑动，且行走主轮和侧向平衡轮分别与设置在浮筒轨道侧壁上的凹槽相配合，减少浮筒运动阻力，使得本发明的系缆装置能够在水位瞬时变幅大的情况下顺利工作，不会出现分层系缆时的滞后性，通过设置弹簧平衡装置来平衡由于水流紊乱导致船体摆动的力，可有效防止浮筒卡死，使得本发明适用于水位瞬时变幅的浮式系缆装置能够适用于水流流态紊乱，横向流速大的复杂水道；
本发明弹簧平衡装置的工作原理如下行走主轮受力由船舶缆绳拉力方向可以定性知道，从而可以根据侧向平衡轮受力大小确定弹簧刚度系数，由于河道水流紊乱，侧向平衡轮受力不均勻，导致浮筒偏转，伸缩杆和弹簧相对凹槽槽底位移不相等；由胡克定律可知，在受力大小相等的情况下，刚度系数越大，其位移越小，通过弹簧力来平衡由于河道中水流紊乱产生的大小不规则的流速力和脉动力，使得浮筒在运行过程中，受到弹簧平衡装置的调整，使其处于动态的平衡状态，从而达到防卡的目的。2、采用玻璃钢材料制作浮筒，首先玻璃钢材料在强度性能方面比铸钢好，成型工艺好，而且玻璃钢密度大概是钢的1/4，大大减轻了浮筒的自重，为整套装置提供足够大的浮力，使系缆装置能够在滑槽内自由升降。3、将位于对角线上的弹簧阻力系数设置为相等，在浮筒由于水流紊乱产生摆动时，使得浮筒绕能够以系船柱的中心摆动来自动调节浮筒的运动姿态，使其保持动态平衡状态，能更有效的防止浮筒在运动过程中被卡死。
图1为本发明适用于水位瞬时变幅的浮式系缆装置实施例结构示意图； 图2为本发明浮筒结构示意图3为弹簧平衡装置结构示意图； 图4为系缆桩截面图。附图标记说明
1-浮筒；2-行走主轮；3-系船柱；4-弹簧；5-侧轮支架；6-侧向平衡轮；7-连接板； 8-套杆；9-套筒；10-系缆桩；11-浮筒轨道；12-凹槽；13-船舶。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明的具体实施方式
作详细说明。如图1所示，为本发明适用于水位瞬时变幅的浮式系缆装置实施例结构示意图。 本实施例适用于水位瞬时变幅的浮式系缆装置包括浮筒1、系船柱3和系缆桩10，所述系船柱3与所述浮筒1呈一体设置，所述系船柱3上两两对称地设有用于减少摩擦阻力的四个行走主轮2，以及与所述行走主轮2 —一对应设置的弹簧平衡装置。如图2和图3所示，所述弹簧平衡装置包括弹簧4、侧轮支架5、铰接在所述侧轮支架5前端的侧向平衡轮6和与行走主轮2转轴固定连接的连接板7，所述侧轮支架5的后端以及连接板7上设有相互活动配合的伸缩杆，本实施例的伸缩杆由设置在侧轮支架5上的套杆8和设置在连接板上的套筒9组成，并由设置在侧轮支架5和连接板7之间并套装在套筒9上的弹簧4复位。所述弹簧4位于所述连接板7与侧轮支架5之间并套装在该伸缩杆上。所述系缆桩10上设有与所述浮筒1相匹配的浮筒轨道11，所述浮筒轨道11的两侧壁上对应地设有用于行走主轮滑动凹槽12，所述行走主轮2与所述凹槽12的侧壁相配合，所述侧向平衡轮6与所述凹槽 12槽底相配合。浮式系缆装置受到的缆绳拉力主要来自于两个方向一是垂直于岸线的船舶缆绳拉力，另一个是顺流方向的流速力和水流的脉动力。与船闸受力不同的是，停靠的船闸闸室中的船舶主要是随水位升降的垂直运动，而停靠码头的船舶在河道水流作用下，会产生较大的横向作用力，该横向作用力不仅产生较大的缆绳拉力，还会对浮筒的造成较大阻力，从而导致系缆装置在升降过程中容易被卡死。本实施例适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置通过设置与浮筒1 一体的系船柱3，并在系船柱3上对称地设置四个行走主轮2，能够有效增强在垂直于河道方向上的受力性能，并通过加强系船柱的尺寸和受力强度，使得系缆装置能够承受更大的船舶缆绳拉力。通过在行走主轮2转轴上设置弹簧平衡装置，在弹簧力的作用下不仅能够使得本实施例的系缆装置能够承受较大的流速力，而且在弹簧平衡装置的平衡力作用下，浮筒能够自动调节运动姿态，克服河道中复杂波浪产生的脉动力，使浮筒保持动态平衡状态， 防止浮筒在运动过程中被卡死。通过在系缆桩3上设置与浮筒1相配合的浮筒轨道11，浮筒1在浮力的作用下克服摩擦力和自重在浮筒轨道11内上下滑动，且行走主轮2和侧向平衡轮6分别与设置在浮筒轨道11侧壁上的凹槽相配合，减少浮筒运动阻力，使得本实施例的系缆装置能够在水位瞬时变幅大的河道中顺利工作，不会出现分层系缆时的滞后性，通过设置弹簧平衡装置来平衡由于水流紊乱导致船体摆动的力，可有效防止浮筒1卡死，使得本实施例适用于水位瞬时变幅的浮式系缆装置能够适用于水流流态紊乱，横向流速大的复杂水道。本实施例弹簧平衡装置的工作原理如下在船舶缆绳拉力作用下行走主轮2受力方向可以定性知道，船舶缆绳拉力垂直于岸线方向，并主要由行走主轮2和系船柱3承受； 侧向平衡轮主要承受流速力和由水流波浪产生的脉动力，从而可以根据侧向平衡轮6受力大小确定弹簧刚度系数，由于河道水流紊乱，侧向平衡轮6受力不均勻，导致浮筒1偏转，伸缩杆和弹簧4相对凹槽12槽底位移不相等；由胡克定律可知，在受力大小相等的情况下，刚度系数越大，其位移越小。通过弹簧力来平衡由于河道中水流紊乱产生的大小不规则的流速力和脉动力，使得浮筒1在运行过程中，受到弹簧平衡装置的调整，使其处于动态的平衡状态，从而达到防卡的目的。优选的，所述浮筒1为采用玻璃钢材料制作而成的玻璃钢浮筒，且所述浮筒1内设有用于加强强度的横纵隔板。玻璃钢材料在强度性能方面比铸钢好，成型工艺好，只是塑性稍弱，但是不影响浮筒1的安全可靠性，而且玻璃钢密度约为钢的密度的1/4，大大减轻了浮筒1的自重，能够为装置提供足够大的浮力，使浮筒系船装置能够在系缆桩的滑槽内自由升降。优选的，所述行走主轮2轴孔与所述行走主轮2转轴之间设有采用铜合金、胶木或复合材料制成的轴套，且行走主轮2为采用经表平面强化的合金铸钢制成的悬臂式滚动支承滚轮，采用该结构的行走主轮2具有摩擦阻力较小，承受压力大，制造、安装和使用简单、 经济、可靠的优点。优选的，所述位于对角线上的两个弹簧平衡装置的弹簧4的阻尼系数相等，将位于对角线上的弹簧4阻力系数设置为相等，在浮筒1由于水流紊乱产生摆动时，使得浮筒 1绕能够以系船柱3的中心摆动来自动调节浮筒的运动姿态，使其保持动态平衡状态，能更有效的防止浮筒在运动过程中被卡死。优选的，如图4所示，所述系缆桩10用混凝土浇筑而成，且所述浮筒轨道11和凹槽12内均铺设有钢板，钢板与轨道之间用小钢筋铆接，且与行走主轮2和侧向平衡轮6相配合的凹槽12内的钢板局部加强，浮筒1可置于浮筒轨道11内并在浮力作用下上下滑动， 为了方便船舶13的系缆，浮筒轨道11应尽量往前伸，并靠近码头前沿，本实施例的浮筒轨道11呈与浮筒相配合的圆形。布置码头时，在一个泊位中需要布置2个系缆桩，在系缆桩的浮筒轨道11开口左右各布置两列防撞护铉，当船舶13停靠时，护铉能够起到一定的保护作用。本实施例的系缆桩10自身结构稳定，用在码头前沿，集靠船与系船双重功效于一身， 具有较高的综合使用效益。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，包括浮筒、系船柱以及系缆桩，其特征在于所述系船柱与所述浮筒呈一体设置，所述系船柱上两两对称地设有用于减少摩擦阻力的四个行走主轮，以及与所述行走主轮一一对应设置的弹簧平衡装置；所述弹簧平衡装置包括弹簧、侧轮支架、铰接在所述侧轮支架前端的侧向平衡轮和与所述行走主轮转轴固定连接的连接板；所述侧轮支架的后端以及连接板上设有相互活动配合的伸缩杆；所述弹簧位于所述连接板与侧轮支架之间并套装在该伸缩杆上；所述系缆桩上设有与所述浮筒相匹配的浮筒轨道，所述浮筒轨道的两侧壁上对应地设有用于行走主轮滑动的凹槽，所述行走主轮与所述凹槽的侧壁相配合，所述侧向平衡轮与所述凹槽槽底相配合。
2.根据权利要求1所述的适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，其特征在于所述浮筒为采用玻璃钢材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，其特征在于所述浮筒内设有用于加强强度的横纵隔板。
4.根据权利要求2所述的适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，其特征在于所述行走主轮与行走主轮转轴之间设有采用铜合金、胶木或复合材料制成的轴套。
5.根据权利要求4所述的适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，其特征在于所述行走主轮为采用经表平面强化的合金铸钢制成的悬臂式滚动支承滚轮。
6.根据权利要求1或2所述的适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，其特征在于所述位于对角线上的两个弹簧平衡装置的弹簧阻尼系数相等。
7.根据权利要求1或2所述的适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，其特征在于所述系缆桩用混凝土浇筑而成，且所述浮筒轨道与凹槽内均铺设有钢板。
全文摘要
本发明公开了一种适用于水位瞬时变幅的直立式码头浮式系缆装置，包括浮筒、行走主轮、侧向平衡轮以及系缆桩等。该系缆装置安装在直立式码头上的系船滑槽之中，并与码头连为一体。船舶在流速力、船舶缆绳拉力以及脉动力等共同作用下，依据自身的浮力随水位变幅而升降，同时依靠弹簧平衡装置有效避免行走过程中出现的“卡死”现象。该系缆装置主要适用于水位瞬时发生变幅河道的直立式码头，即船舶在靠泊装卸作业过程中，突然遭遇上游电站调峰而引起水位瞬时变幅时，该装置能有效随水位上下浮动，不仅可减小水位变化对装卸作业的影响，更重要的是能够避免由水位变化引起的缆绳断裂导致的重大船舶翻沉事故。
文档编号E02B3/20GK102493398SQ20111045479
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者况曼曼, 张星星, 李鹏飞, 汪承志, 王芳芳, 陈明栋 申请人:重庆交通大学