專利名稱：適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碼頭系纜裝置，具體的為一種適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置。
背景技術(shù)：
近10年來，在西部大開發(fā)等戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，我國內(nèi)河水運(yùn)事業(yè)得到迅猛發(fā)展，內(nèi)河碼頭結(jié)構(gòu)形式也不斷創(chuàng)新。其中，大型直立式碼頭憑借較高的機(jī)械化裝卸效率和對年水位變幅的適應(yīng)能力，在西部地區(qū)的山區(qū)河流中得到廣泛的應(yīng)用。但是，山區(qū)河流通常水文條件惡劣，航道條件復(fù)雜，加之水電站的建設(shè)帶來的調(diào)峰、集中泄洪影響，增加了船舶通航中的不確定因素和駕駛操縱難度。上游電站頻繁的調(diào)峰運(yùn)行，將使下游河道水位在較段時(shí)段內(nèi)大起大落，一些電站調(diào)峰時(shí)，下游河道的水位變幅將達(dá)到6m/7、h。水位的瞬時(shí)升降可能導(dǎo)致正在裝卸作業(yè)的船只因來不及換纜而使纜索斷裂， 從而引發(fā)船舶翻沉的海損事故，造成人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。目前，適用于水位變幅的系纜方式主要有以下三種方式 1、分層系纜
水位變化時(shí)，根據(jù)船舶位置，人工改變系纜位置，從而適應(yīng)水位變化時(shí)的系纜要求。分層系纜工作原理簡單，施工方便，在直立式碼頭中應(yīng)用廣泛。但是，當(dāng)水位瞬時(shí)變幅很大時(shí)， 分層系纜由于其操作的滯后性，極易造成脫纜，船體傾覆等嚴(yán)重事故，并且分層系纜在操作過程中，都是由人力進(jìn)行，對操作人員的生命安全構(gòu)成很大威脅。所以分層系纜適用范圍有限，不適合在水位瞬時(shí)大變幅的直立式碼頭中使用。2、躉船
躉船碼頭就是俗稱的“躉船加跳板”運(yùn)輸方式，它由一個平底長方型的非自航船和棧橋組成。躉船主要用于?？看埃瑮騽t用于連接躉船與河岸，是上下運(yùn)送旅客或裝卸貨物用的一種浮碼頭。河道水位變化時(shí)，躉船可隨時(shí)根據(jù)水位升降而挪動，因而對水位變幅的適應(yīng)能力很強(qiáng)，但是躉船通常是靠人工換纜和走纜，在遭受水位瞬時(shí)變幅時(shí)，依靠人力很難實(shí)現(xiàn)躉船隨水位的移位。3、浮式系纜裝置
近年來，為解決水位瞬時(shí)大變幅的船舶系纜問題，專家學(xué)者提出了許多解決方案，其中大多數(shù)方案基本原理都是利用浮力，使系船柱隨水位上下浮動。通過這種方式實(shí)現(xiàn)系船柱與船舶基本保持相對靜止，從而解決水位變幅所帶來的安全系纜問題。通過對一系列已有的浮式系纜裝置研究，我們發(fā)現(xiàn)這些裝置大多數(shù)都還處在探討研究階段，在實(shí)際使用過程中都還存在一些問題。公開號為CN 201236337的中國專利公開了一種碼頭系纜裝置，該碼頭系纜裝置由兩根鋼柱及浮筒和系纜樁及連接鋼索或鐵鏈組成，兩根鋼柱兩端焊接法蘭，固定在碼頭的系纜結(jié)構(gòu)的里外層中，浮筒箍在鋼柱上，且能上下滑動。該碼頭系纜裝置雖然在一定程度上能夠利用浮力來解決水位變幅時(shí)的船舶系纜問題，但是僅能適用于水位變幅較小的水道，在水位瞬時(shí)變幅大、水流流速大且水流紊亂的河道中，該碼頭系纜裝置的受力強(qiáng)度以及浮筒的運(yùn)行方式很難滿足隨水位變化的要求，重要的是，該碼頭系纜裝置沒有解決受力復(fù)雜的浮筒裝置防止卡死的技術(shù)問題。本發(fā)明旨在探索一種適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，該適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置借鑒船閘中浮式系船裝置的成功經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出一種具有受力強(qiáng)度高、浮力大和不會被卡住的浮式系纜裝置，并能夠適用于水流流態(tài)紊亂、橫向流速大的水道碼頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，該適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置通過增強(qiáng)強(qiáng)度等級和增大浮筒浮力，不僅具有強(qiáng)度大和浮力大的優(yōu)點(diǎn)，而且在復(fù)雜受力情況能夠正常工作，不被卡住，能夠適用于水流流態(tài)紊亂、橫向流速大和水位瞬時(shí)變幅大的河道碼頭。要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置， 包括浮筒、系船柱和系纜樁，所述系船柱與所述浮筒呈一體設(shè)置，所述系船柱上兩兩對稱地設(shè)有用于減少摩擦阻力的四個行走主輪，以及與所述行走主輪一一對應(yīng)設(shè)置的彈簧平衡裝置；所述彈簧平衡裝置包括彈簧、側(cè)輪支架、鉸接在所述側(cè)輪支架前端的側(cè)向平衡輪和與所述行走主輪轉(zhuǎn)軸固定連接的連接板；所述側(cè)輪支架的后端以及連接板上設(shè)有相互活動配合的伸縮桿；所述彈簧位于所述連接板與側(cè)輪支架之間并套裝在該伸縮桿上；所述系纜樁上設(shè)有與所述浮筒相匹配的浮筒軌道，所述浮筒軌道的兩側(cè)壁上對應(yīng)地設(shè)有用于行走主輪滑動的凹槽，所述行走主輪與所述凹槽的側(cè)壁相配合，所述側(cè)向平衡輪與所述凹槽槽底相配
口 O進(jìn)一步，所述浮筒為采用玻璃鋼材料制成，不僅具有足夠強(qiáng)度和剛度，而且自重較輕，浮力更大；
進(jìn)一步，所述浮筒內(nèi)設(shè)有用于加強(qiáng)強(qiáng)度的橫縱隔板；
進(jìn)一步，所述行走主輪與行走主輪轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有采用銅合金、膠木或復(fù)合材料制成的軸套；
進(jìn)一步，所述行走主輪為采用經(jīng)表平面強(qiáng)化的合金鑄鋼制成的懸臂式滾動支承滾輪；
進(jìn)一步，所述位于對角線上的兩個彈簧平衡裝置的彈簧阻尼系數(shù)相等；
進(jìn)一步，所述系纜樁用混凝土澆筑而成，且所述浮筒軌道與凹槽內(nèi)均鋪設(shè)有鋼板。本發(fā)明的有益效果如下。1、浮式系纜裝置受到的纜繩拉力主要來自于兩個方向一是垂直于岸線的船舶纜繩拉力，另一個是順流方向的流速力和水流的脈動力，與船閘受力不同的是，?？康拇l閘室中的船舶主要是隨水位升降的垂直運(yùn)動，而?？看a頭的船舶在河道水流作用下，還會產(chǎn)生較大的橫向作用力，該橫向作用力不僅產(chǎn)生較大的纜繩拉力，還會對浮筒的造成較大阻力，從而導(dǎo)致系纜裝置在升降過程中容易被卡死；
本發(fā)明適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置通過設(shè)置與浮筒一體的系船柱，并在系船柱上對稱地設(shè)置四個行走主輪，能夠有效增強(qiáng)在垂直于岸線方向上的受力性能，并通過增強(qiáng)系船柱的受力性能，使得系纜裝置能夠承受更大的船舶纜繩拉力；通過在行走主輪軸上設(shè)置彈簧平衡裝置，在彈簧力的作用下不僅能夠使得本發(fā)明的系纜裝置能夠承受較大的流速力，而且在彈簧平衡裝置的平衡力作用下，浮筒能夠自動調(diào)節(jié)運(yùn)動姿態(tài)，克服河道中復(fù)雜波浪產(chǎn)生的脈動力，使浮筒保持動態(tài)平衡狀態(tài)，防止浮筒在運(yùn)動過程中被卡死；
通過在系纜樁上設(shè)置與浮筒相配合的浮筒軌道，浮筒在浮力的作用下克服摩擦力和自重在浮筒軌道內(nèi)上下滑動，且行走主輪和側(cè)向平衡輪分別與設(shè)置在浮筒軌道側(cè)壁上的凹槽相配合，減少浮筒運(yùn)動阻力，使得本發(fā)明的系纜裝置能夠在水位瞬時(shí)變幅大的情況下順利工作，不會出現(xiàn)分層系纜時(shí)的滯后性，通過設(shè)置彈簧平衡裝置來平衡由于水流紊亂導(dǎo)致船體擺動的力，可有效防止浮筒卡死，使得本發(fā)明適用于水位瞬時(shí)變幅的浮式系纜裝置能夠適用于水流流態(tài)紊亂，橫向流速大的復(fù)雜水道；
本發(fā)明彈簧平衡裝置的工作原理如下行走主輪受力由船舶纜繩拉力方向可以定性知道，從而可以根據(jù)側(cè)向平衡輪受力大小確定彈簧剛度系數(shù)，由于河道水流紊亂，側(cè)向平衡輪受力不均勻，導(dǎo)致浮筒偏轉(zhuǎn)，伸縮桿和彈簧相對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況下，剛度系數(shù)越大，其位移越小，通過彈簧力來平衡由于河道中水流紊亂產(chǎn)生的大小不規(guī)則的流速力和脈動力，使得浮筒在運(yùn)行過程中，受到彈簧平衡裝置的調(diào)整，使其處于動態(tài)的平衡狀態(tài)，從而達(dá)到防卡的目的。2、采用玻璃鋼材料制作浮筒，首先玻璃鋼材料在強(qiáng)度性能方面比鑄鋼好，成型工藝好，而且玻璃鋼密度大概是鋼的1/4，大大減輕了浮筒的自重，為整套裝置提供足夠大的浮力，使系纜裝置能夠在滑槽內(nèi)自由升降。3、將位于對角線上的彈簧阻力系數(shù)設(shè)置為相等，在浮筒由于水流紊亂產(chǎn)生擺動時(shí)，使得浮筒繞能夠以系船柱的中心擺動來自動調(diào)節(jié)浮筒的運(yùn)動姿態(tài)，使其保持動態(tài)平衡狀態(tài)，能更有效的防止浮筒在運(yùn)動過程中被卡死。


圖1為本發(fā)明適用于水位瞬時(shí)變幅的浮式系纜裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明浮筒結(jié)構(gòu)示意圖3為彈簧平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為系纜樁截面圖。附圖標(biāo)記說明
1-浮筒；2-行走主輪；3-系船柱；4-彈簧；5-側(cè)輪支架；6-側(cè)向平衡輪；7-連接板； 8-套桿；9-套筒；10-系纜樁；11-浮筒軌道；12-凹槽；13-船舶。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。如圖1所示，為本發(fā)明適用于水位瞬時(shí)變幅的浮式系纜裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 本實(shí)施例適用于水位瞬時(shí)變幅的浮式系纜裝置包括浮筒1、系船柱3和系纜樁10，所述系船柱3與所述浮筒1呈一體設(shè)置，所述系船柱3上兩兩對稱地設(shè)有用于減少摩擦阻力的四個行走主輪2，以及與所述行走主輪2 —一對應(yīng)設(shè)置的彈簧平衡裝置。如圖2和圖3所示，所述彈簧平衡裝置包括彈簧4、側(cè)輪支架5、鉸接在所述側(cè)輪支架5前端的側(cè)向平衡輪6和與行走主輪2轉(zhuǎn)軸固定連接的連接板7，所述側(cè)輪支架5的后端以及連接板7上設(shè)有相互活動配合的伸縮桿，本實(shí)施例的伸縮桿由設(shè)置在側(cè)輪支架5上的套桿8和設(shè)置在連接板上的套筒9組成，并由設(shè)置在側(cè)輪支架5和連接板7之間并套裝在套筒9上的彈簧4復(fù)位。所述彈簧4位于所述連接板7與側(cè)輪支架5之間并套裝在該伸縮桿上。所述系纜樁10上設(shè)有與所述浮筒1相匹配的浮筒軌道11，所述浮筒軌道11的兩側(cè)壁上對應(yīng)地設(shè)有用于行走主輪滑動凹槽12，所述行走主輪2與所述凹槽12的側(cè)壁相配合，所述側(cè)向平衡輪6與所述凹槽 12槽底相配合。浮式系纜裝置受到的纜繩拉力主要來自于兩個方向一是垂直于岸線的船舶纜繩拉力，另一個是順流方向的流速力和水流的脈動力。與船閘受力不同的是，?？康拇l閘室中的船舶主要是隨水位升降的垂直運(yùn)動，而停靠碼頭的船舶在河道水流作用下，會產(chǎn)生較大的橫向作用力，該橫向作用力不僅產(chǎn)生較大的纜繩拉力，還會對浮筒的造成較大阻力，從而導(dǎo)致系纜裝置在升降過程中容易被卡死。本實(shí)施例適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置通過設(shè)置與浮筒1 一體的系船柱3，并在系船柱3上對稱地設(shè)置四個行走主輪2，能夠有效增強(qiáng)在垂直于河道方向上的受力性能，并通過加強(qiáng)系船柱的尺寸和受力強(qiáng)度，使得系纜裝置能夠承受更大的船舶纜繩拉力。通過在行走主輪2轉(zhuǎn)軸上設(shè)置彈簧平衡裝置，在彈簧力的作用下不僅能夠使得本實(shí)施例的系纜裝置能夠承受較大的流速力，而且在彈簧平衡裝置的平衡力作用下，浮筒能夠自動調(diào)節(jié)運(yùn)動姿態(tài)，克服河道中復(fù)雜波浪產(chǎn)生的脈動力，使浮筒保持動態(tài)平衡狀態(tài)， 防止浮筒在運(yùn)動過程中被卡死。通過在系纜樁3上設(shè)置與浮筒1相配合的浮筒軌道11，浮筒1在浮力的作用下克服摩擦力和自重在浮筒軌道11內(nèi)上下滑動，且行走主輪2和側(cè)向平衡輪6分別與設(shè)置在浮筒軌道11側(cè)壁上的凹槽相配合，減少浮筒運(yùn)動阻力，使得本實(shí)施例的系纜裝置能夠在水位瞬時(shí)變幅大的河道中順利工作，不會出現(xiàn)分層系纜時(shí)的滯后性，通過設(shè)置彈簧平衡裝置來平衡由于水流紊亂導(dǎo)致船體擺動的力，可有效防止浮筒1卡死，使得本實(shí)施例適用于水位瞬時(shí)變幅的浮式系纜裝置能夠適用于水流流態(tài)紊亂，橫向流速大的復(fù)雜水道。本實(shí)施例彈簧平衡裝置的工作原理如下在船舶纜繩拉力作用下行走主輪2受力方向可以定性知道，船舶纜繩拉力垂直于岸線方向，并主要由行走主輪2和系船柱3承受； 側(cè)向平衡輪主要承受流速力和由水流波浪產(chǎn)生的脈動力，從而可以根據(jù)側(cè)向平衡輪6受力大小確定彈簧剛度系數(shù)，由于河道水流紊亂，側(cè)向平衡輪6受力不均勻，導(dǎo)致浮筒1偏轉(zhuǎn)，伸縮桿和彈簧4相對凹槽12槽底位移不相等；由胡克定律可知，在受力大小相等的情況下，剛度系數(shù)越大，其位移越小。通過彈簧力來平衡由于河道中水流紊亂產(chǎn)生的大小不規(guī)則的流速力和脈動力，使得浮筒1在運(yùn)行過程中，受到彈簧平衡裝置的調(diào)整，使其處于動態(tài)的平衡狀態(tài)，從而達(dá)到防卡的目的。優(yōu)選的，所述浮筒1為采用玻璃鋼材料制作而成的玻璃鋼浮筒，且所述浮筒1內(nèi)設(shè)有用于加強(qiáng)強(qiáng)度的橫縱隔板。玻璃鋼材料在強(qiáng)度性能方面比鑄鋼好，成型工藝好，只是塑性稍弱，但是不影響浮筒1的安全可靠性，而且玻璃鋼密度約為鋼的密度的1/4，大大減輕了浮筒1的自重，能夠?yàn)檠b置提供足夠大的浮力，使浮筒系船裝置能夠在系纜樁的滑槽內(nèi)自由升降。優(yōu)選的，所述行走主輪2軸孔與所述行走主輪2轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有采用銅合金、膠木或復(fù)合材料制成的軸套，且行走主輪2為采用經(jīng)表平面強(qiáng)化的合金鑄鋼制成的懸臂式滾動支承滾輪，采用該結(jié)構(gòu)的行走主輪2具有摩擦阻力較小，承受壓力大，制造、安裝和使用簡單、 經(jīng)濟(jì)、可靠的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選的，所述位于對角線上的兩個彈簧平衡裝置的彈簧4的阻尼系數(shù)相等，將位于對角線上的彈簧4阻力系數(shù)設(shè)置為相等，在浮筒1由于水流紊亂產(chǎn)生擺動時(shí)，使得浮筒 1繞能夠以系船柱3的中心擺動來自動調(diào)節(jié)浮筒的運(yùn)動姿態(tài)，使其保持動態(tài)平衡狀態(tài)，能更有效的防止浮筒在運(yùn)動過程中被卡死。優(yōu)選的，如圖4所示，所述系纜樁10用混凝土澆筑而成，且所述浮筒軌道11和凹槽12內(nèi)均鋪設(shè)有鋼板，鋼板與軌道之間用小鋼筋鉚接，且與行走主輪2和側(cè)向平衡輪6相配合的凹槽12內(nèi)的鋼板局部加強(qiáng)，浮筒1可置于浮筒軌道11內(nèi)并在浮力作用下上下滑動， 為了方便船舶13的系纜，浮筒軌道11應(yīng)盡量往前伸，并靠近碼頭前沿，本實(shí)施例的浮筒軌道11呈與浮筒相配合的圓形。布置碼頭時(shí)，在一個泊位中需要布置2個系纜樁，在系纜樁的浮筒軌道11開口左右各布置兩列防撞護(hù)鉉，當(dāng)船舶13?？繒r(shí)，護(hù)鉉能夠起到一定的保護(hù)作用。本實(shí)施例的系纜樁10自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，用在碼頭前沿，集靠船與系船雙重功效于一身， 具有較高的綜合使用效益。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，包括浮筒、系船柱以及系纜樁，其特征在于所述系船柱與所述浮筒呈一體設(shè)置，所述系船柱上兩兩對稱地設(shè)有用于減少摩擦阻力的四個行走主輪，以及與所述行走主輪一一對應(yīng)設(shè)置的彈簧平衡裝置；所述彈簧平衡裝置包括彈簧、側(cè)輪支架、鉸接在所述側(cè)輪支架前端的側(cè)向平衡輪和與所述行走主輪轉(zhuǎn)軸固定連接的連接板；所述側(cè)輪支架的后端以及連接板上設(shè)有相互活動配合的伸縮桿；所述彈簧位于所述連接板與側(cè)輪支架之間并套裝在該伸縮桿上；所述系纜樁上設(shè)有與所述浮筒相匹配的浮筒軌道，所述浮筒軌道的兩側(cè)壁上對應(yīng)地設(shè)有用于行走主輪滑動的凹槽，所述行走主輪與所述凹槽的側(cè)壁相配合，所述側(cè)向平衡輪與所述凹槽槽底相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，其特征在于所述浮筒為采用玻璃鋼材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，其特征在于所述浮筒內(nèi)設(shè)有用于加強(qiáng)強(qiáng)度的橫縱隔板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，其特征在于所述行走主輪與行走主輪轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有采用銅合金、膠木或復(fù)合材料制成的軸套。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，其特征在于所述行走主輪為采用經(jīng)表平面強(qiáng)化的合金鑄鋼制成的懸臂式滾動支承滾輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，其特征在于所述位于對角線上的兩個彈簧平衡裝置的彈簧阻尼系數(shù)相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，其特征在于所述系纜樁用混凝土澆筑而成，且所述浮筒軌道與凹槽內(nèi)均鋪設(shè)有鋼板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于水位瞬時(shí)變幅的直立式碼頭浮式系纜裝置，包括浮筒、行走主輪、側(cè)向平衡輪以及系纜樁等。該系纜裝置安裝在直立式碼頭上的系船滑槽之中，并與碼頭連為一體。船舶在流速力、船舶纜繩拉力以及脈動力等共同作用下，依據(jù)自身的浮力隨水位變幅而升降，同時(shí)依靠彈簧平衡裝置有效避免行走過程中出現(xiàn)的“卡死”現(xiàn)象。該系纜裝置主要適用于水位瞬時(shí)發(fā)生變幅河道的直立式碼頭，即船舶在靠泊裝卸作業(yè)過程中，突然遭遇上游電站調(diào)峰而引起水位瞬時(shí)變幅時(shí)，該裝置能有效隨水位上下浮動，不僅可減小水位變化對裝卸作業(yè)的影響，更重要的是能夠避免由水位變化引起的纜繩斷裂導(dǎo)致的重大船舶翻沉事故。
文檔編號E02B3/20GK102493398SQ20111045479
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者況曼曼, 張星星, 李鵬飛, 汪承志, 王芳芳, 陳明棟 申請人:重慶交通大學(xué)