船闸防撞装置应用分析

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船闸防撞装置应用分析

作者：殷猛 高岩

来源：《科技资讯》 2013年第23期



殷猛 高岩

(山东省济宁市港航局韩庄船闸管理处 山东济宁 277600)

摘 要:水运枢纽工程的正常运行离不开船闸的作用,而船闸的安全运行直接关乎到水运枢纽工程建成后航道的正常通航。由此可见,加强对船闸防撞装置的研究具有现实意义。本文结合实际案例,就船闸防撞装置的应用进行分析。

关键词:船闸防撞装置 船舶拦截系统 随动系统

中图分类号:U641 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)08(b)-0040-01

1 船闸防撞装置原理

船闸防撞装置原理如下:以设置缓冲器的方式吸收船舶的动能,由此完成船舶的制动过程。船闸防撞装置的设置旨在对事故船舶的位移与速度进行限制,由此把事故船舶的制动控制到安全距离,以免事故船舶与下闸首人字门相撞。由此可见,防撞装置的功能是尽可能规避闸门与事故船舶相撞,其中此功能要求装置的防撞能力必须足够强,即防撞装置即使受到撞击亦不会被破坏。能量转换观点认为,若船闸防撞装置与事故船舶相撞,船舶的能量会被分成两部分,其中一部分由结构撕裂或塑性变形、结构的弹性吸收;另一部分由周围的水能量与船舶的运动吸收。由此可见,船闸防撞装置与事故船舶相撞的计算与周围水的运动、船舶的运行、结构的能量吸收有关。假定船舶超出限位标准的速度是v,则船舶的动能E满足如下函数式:







假定船舶制动阶段水所吸收的能量是E2、系统结构所吸收的能量是E1,则船闸防撞装置仅在E1+E1≥E条件下才能正常发挥保护作用。

2 船闸防撞装置的设计与应用

大量研究证实,船闸防撞装置的设置可直接规避诸多事故的发生。2009年元月22日,远洋9号轮因驾驶员操作失误而与防撞装置的拦船钢丝绳相撞,此次撞击事件导致远洋9号轮头部损伤。此次撞击事件表明,船闸防撞装置可提高船闸与船舶的安全性。船闸防撞装置通常由防撞装置升降随动系统、船舶拦截系统、过载消能系统组成,本文主要从上述三个方面简单介绍船闸防撞装置的设计与具体应用。


2.1 防撞装置升降随动系统

拦船钢丝绳及其端部的液压制动系统皆被安装到闸墙砼槽的升降机架上,其中机架被连接到卷扬机吊具上,由此实现机架、拦船钢丝绳、卷扬机吊具一并升降,此种升降型机架结构可实现由船舶干舷与吃水不同来准确调整拦船钢丝绳的上下高度。船闸防撞装置的设计方案是拦船钢丝绳向上提升方案,即自上游通航水位最低的位置向上提升拦船钢丝绳,此时实现河流下游最高通航水位条件下船舶的正常行驶。

拦船钢丝绳与机架的升降→就位→锁定通常可由程序自动控制或由现场控制,若选择由程序自动控制,则闸首人字门便与防撞设备卷扬机联动。防撞装置电气自动控制通常以现有船闸集中控制系统平台为基础。结合船闸运行工艺流程可知,待执行完上行程序后,下行进闸信号的发出应与防撞装置的下放同步进行,由此规避下行事故船舶与下游人字门相撞;若发出下游人字门开门的信号后,防撞装置可自行提升至上限位置,由此实现下游高水位条件下船舶的正常出闸。事故船舶一旦与防撞装置的拦船钢丝绳相撞,船闸控制系统必然会立即把防撞事故报警音响信号发送至值班室,以便值班人员及时做出事故应急处理。

2.2 船舶拦截系统

船舶拦截系统通常被用来遮挡前行船舶的吃水部位或用来限定船舶的位移量,由此规避船舶甲板以上部位受到损坏,同时确保甲板上的人员安全。船舶拦截系统通常由钢丝绳或链条组成。船舶拦截系统通常包括两根主拦船钢丝绳,其中两根主拦船钢丝绳间必须保持一定的上下间距,同时需用钢丝绳或钢结构夹板来连成网格状。拦船钢丝绳端部皆被延伸至闸墙内机构,同时绕过双联滑轮组与制动油缸活塞杆相互连接。

2.3 过载效能系统

船舶动能通常被分为两部分,其中一部分由液压缓冲器或过载效能系统吸收;另一部分由钢丝绳的塑性变形与弹性吸收。若船舶与拦船钢丝绳相撞,其必然使制动油缸活塞杆被拉动,此时制动溢流阀与制动油缸间的油压力必然会有所上升,其中油缸活塞上的油压力作用可有效规避活塞杆被拉出。待制动油路的油压力与调定开启压力彼此重合后,制动溢流阀便会被开启,此时压力油必然会溢出制动溢流阀节流口,进而起到稳定压力的作用。待压力油溢出一定量以后,制动油缸活塞杆便被随之拉出。一般而言,船舶动能与液压势能的转换需要依靠制动油缸与拦船钢丝绳的作用。待压力油流至制动溢流阀节流口后,其可实现液压势能向热能转换,此时热能可通过油被释放出去,进而完成船舶动能的吸收与转化,同时可协助受阻船舶完成制动过程。

制动油路系统往往因受到压力油的作用而出现一些内外泄露的问题,此种情况可能导致制动油缸活塞杆被拉出。横跨闸室的拦船钢丝绳往往因受到自重作用而出现下垂现象,此时拦船钢丝绳端部的张拉力必然会导致制动油缸活塞杆被拉出,该问题同时会对防撞装置的正常运行产生某些负面影响。针对此类问题,本文就过载效能系统的设计提出如下建议:把两套弹簧锁定器设计安装到制动油缸活塞杆接头交叉的两侧,同时锁定制动油缸活塞杆,由此实现制动油缸活塞杆的平时卸载。总而言之,拦船钢丝绳的拉力仅在船舶撞击的情况下会增加至与弹簧锁定器的锁定力持平和活塞杆仅在活塞的液压推力受到直接作用力后会被拉出。

3 结语

本文提出的船闸防撞装置结合了船闸防撞装置的工作原理和船闸的现场特点,其中该防撞装置的船闸防撞功能可把事故船舶的制动控制到设计距离内,由此提高了船舶与船闸的安全性。由此可见,该船闸防撞装置具备相当可观的实用价值。就我国已建水运枢纽工程而言,仅有某些大型水运枢纽工程设有防撞装置,但就经济角度与安全角度而言,船闸防撞装置不可或缺,即船闸防撞装置是降低成本、减少事故、保证通航的关键。




参考文献

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