一种增强型单面挡檐系船柱的制作方法
【专利摘要】本发明涉及码头、船闸用的一种增强型单面挡檐系船柱，它具有底盘、柱身及单面挡檐，在底盘上开有若干个锚栓沉孔，单面挡檐顶部开有孔顶，所述柱身及单面挡檐部份为空腔结构，柱身设计标准壁厚为t，则挡檐部份壁厚为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Dl=柱身外径D-2t，柱身空腔上端口内径D2=柱身外径D-l.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;且在底盘空腔中位于每个锚栓沉孔处设有加强台；本发明克服了现有单面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，主要用于码头、船闸等地对船只系缆。
【专利说明】一种增强型单面挡檐系船柱
【技术领域】
[0001]本发明涉及码头、船闸用的一种增强型单面挡檐系船柱。
【背景技术】
[0002]单面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。现有的单面挡檐系船柱参见图1，它具有底盘、柱身及顶部的单面挡檐构成，单面挡檐顶部开有顶孔，底盘上开有6个锚栓沉孔，所述柱身及单面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，而单面挡檐部份的壁厚为0.75t，现有单面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.柱身与单面挡檐同样存在厚度差，设计不合理。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是要解决现有单面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，提供一种增强型单面挡檐系船柱。
[0004]本发明的具体方案是:针对现有的单面挡檐系船柱进行改进，它具有底盘、柱身及单面挡檐，在底盘上开有若干个锚栓沉孔，单面挡檐顶部开有顶孔，所述柱身及单面挡檐为空腔结构，柱身设计标准壁厚为t，则单面挡檐壁厚为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Dl =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。
[0005]本发明中所述底盘空腔的侧壁厚为t一t+5mm,当然适当增厚也是可行的。
[0006]本发明中所述底盘与柱身结合处的圆弧段壁厚为t。
[0007]本发明中系船柱是采用HT250或ZG270— 500铸造而成。
[0008]本发明中所述底盘是圆形或方形结构。
[0009]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。
[0010]一般港口水流速度不大(3-4海里/小时)，浪高有限(< I米)，故系缆力可视为静力。
[0011]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 Pv=PcosΘ σ = Pv/F + M/ff = PsinΘ/F + PcosθH/ff 将上式对Θ进行一次微分:
/，( Θ) = PcosΘ/F - PsinΘH/W 令广(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—柱身闻度。
[0012]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。
[0013]表一:
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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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]柱身底部厚度按还原老式柱身基本厚度t生产，从底部开始，柱身内径逐步增大，壁厚由t逐渐减小到柱头处为0.75t，与柱顶挡檐壁厚0.75t 一致；这样的结构，在柱身与柱顶的直角结合处亦可避免热结裂纹的产生。
[0017]类似系船柱壳体形状的这类铸件，一般都采用的是底铸工艺。新型系船柱壳体底部略厚一点、上部稍稍变薄，总体接近于等壁厚结构，在结晶凝固时，基本可以达到由上而下顺序凝固，将会使铸件上下部分的晶相品质基本一致，较为理想。
[0018]2.强度得到提高
由上述可知:铸造热结裂纹产生的可能性降低了，结晶凝固顺序优化了，整体晶相品质也趋于一致；这些因素都有助于铸件力学性能的提高，可以达到提高系缆力的效果。
[0019]3.可以借助柱身中心及底盘空腔灌入的混凝土的作用，进一步提高系缆力。
[0020]4.适当提高铸件材质牌号，增大了抗拉强度
本发明可选取的材质牌号为:铸铁HT250、铸钢ZG270-500。
[0021]老式系船柱壳体选用的材质牌号铸铁为HT20-40、铸钢为ZG25，这些老国标材质牌号都已作废，HT200、ZG25在新国标中分别相当于HT200、ZG230-450。
[0022]灰铸铁件的新国标是GB/T9439-2010，在新国标中，灰铸铁件共有HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350 等八个牌号，HT200 (老牌号 HT20-40)是属于较低端的，以当今的铸造熔炼技术，生产牌号为HT250产品相比于HT200牌号的产品并没有增加多少难度和成本。
[0023]工程用铸造碳钢件的新国标是GB/T11352-1989，在新国标中，工程用铸钢共有 ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640 等五个牌号，其中的ZG230-450(老牌号ZG25)同样属于较低端牌号。因其含碳量较低、流动性不好，产品的优质率往往没有ZG270-550高，又因含碳量低，对炼钢所需的废钢也有要求，生产成本也就相应要高。
[0024]进一步提高壳体材质牌号，也不会增大多少成本，但考虑到系船柱在实际使用过程中，会发生外力强力撞击或大幅过载，此时，应牺牲系船柱壳体，而不应让锚栓发生毁损，以方利于修复。因此，经过综合验算，新壳体只是将材质牌号适当提高了一个档次。
[0025]牌号改为HT250和ZG270-500后，不仅使系船柱壳体的机械强度得以提高，对于铸钢壳体，还能提高产品优质率、适当降低成本。
[0026]5.降低了成本
本发明比老式系船柱减少了部分弊端无益部分，经计算，铸铁材质的壳体可以减轻重量28%左右、铸钢材质的壳体可以减轻重量25%左右，虽然因铸造模型的改变，稍稍增大了制造成本，但经综合测算与实际生产检验，总体成本仍可降低20%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有单面挡檐系船柱的主剖视图；
图2是本发明的主剖视图；
图3是本发明的左(剖)视图；
图4是本发明的俯视图；
图5是本发明的仰视图；
图6是本发明的受力分析图。
[0028]图中:1—底盘，2—锚栓沉孔，3—柱身,4一单面挡檐，5—顶孔,6—加强台，7—底盘空腔。
【具体实施方式】
[0029]参见图2— 5，本发明具有底盘1、柱身3及单面挡檐4，在底盘I上开有若干个锚栓沉孔2，单面挡檐4顶部开有顶孔5，所述柱身3及单面挡檐4为空腔结构，柱身3设计标准壁厚为t=30mm，则单面挡檐4壁厚tl为22.5mm,特别是:所述柱身3空腔为锥形腔，柱身3空腔下端口内径Dl= 250-60=190mm (柱身外径D由标准可查为250mm)，柱身3空腔上端口内径D2=250-45=205mm ;在底盘I上开设有空腔，保持底盘空腔7的顶面壁厚t3=30mm，侧壁厚t2=30— 35mm，具体为35mm。底盘空腔7与柱身空腔的结合处采用大圆弧角过渡，底盘空腔7的顶面与侧面采用小圆弧角过渡；且在底盘空腔7中位于每个锚栓沉孔2处设有加强台6。
[0030]本实施例中所述底盘I与柱身3结合处的圆弧段壁厚t4=30mm。
[0031]本发明中的柱身标准壁厚t，外径D等其它部位尺寸均按标准设计。在Dl、D2、tl、t2、t3、t4按本发明设计方案确定外，系船柱的其它尺寸可按标准进行系列设计。
【权利要求】
1.一种增强型单面挡檐系船柱，具有底盘、柱身及单面挡檐，在底盘上开有若干个锚栓沉孔，单面挡檐顶部开有顶孔，所述柱身及单面挡檐为空腔结构，柱身设计标准壁厚为t，则挡檐部份壁厚为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Dl=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;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。
2.根据权利要求1所述的一种增强型单面挡檐系船柱，其特征是:所述底盘空腔的侧壁厚为t—t+5mn1
3.根据权利要求1所述的一种增强型单面挡檐系船柱，其特征是:所述底盘与柱身结合处的圆弧段壁厚为t。
4.根据权利要求1所述的一种增强型单面挡檐系船柱，其特征是:系船柱是采用HT250或ZG270— 500铸造而成。
5.根据权利要求1所述的一种增强型单面挡檐系船柱，其特征是:所述底盘是圆形或方形结构。
【文档编号】E02B3/24GK104213541SQ201310204798
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】方向明, 陈绪宇 申请人:黄石昂泰机电有限公司