一种多载荷人字闸门疲劳损伤试验台及方法

1.本发明涉及试验台，尤其是多载荷人字闸门疲劳损伤试验台及方法。


背景技术：

2.人字闸门作为一种可靠的闸门类型越来越被船闸设计者所采用。现有人字闸门因材料、服役期限、使用频率等问题，在闸门门体上出现了裂纹，被认为是闸门长期在风载、水压以及涌浪联合作用下的结果，但是，目前缺乏相应的评价机制，对其损伤规律还未研究透测，其关键在于闸门实时运行数据获取困难。尽管部分人字闸门经过技术改造，能够监测大量的参数，但由于研究针对性不强以及存储空间的限制，导致大量的数据无法应用理论分析，有效数据的采集步长过长，难以进行理论分析。同时，由于环境变量的随机性，在统计学基础上得到的分析结果难以有普适性。为此，以葛洲坝2#人字闸门为对象，设计了多载荷人字闸门疲劳损伤试验台。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种多载荷人字闸门疲劳损伤试验台及方法，能够模拟人字闸门的运行以及在此期间受到的风载、静水水压、动水受力以及涌浪作用，从而研究单因素条件的人字闸门的疲劳损伤规律，得到多载荷人字闸门疲劳损伤机理，为原有闸门的技术改造以及新闸门的设计提供理论依据。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多载荷人字闸门疲劳损伤试验台，包括水箱，水箱内设置有闸门门体，闸门门体通过液压缸驱动启闭；所述水箱底部安装有管道，管道通过支管一端与水箱上游连接、另一端与水箱下游连接；所述水箱外侧安装有电扇，电扇与水箱上的风孔正对。
5.所述闸门门体与水箱内壁底部、两侧均安装有密封条。
6.所述水箱外部安装有水箱支撑架，水箱支撑架上设置有第一支撑柱、第二支撑柱；其中，第一支撑柱顶部与闸门门体通过ab杆可转动连接，第二支撑柱顶部与闸门门体通过液压缸连接。
7.所述水箱外侧安装有l型放置平台，l型放置平台及水箱底部均安装有工字钢支架，工字钢支架底部安装有工字钢支架地脚。
8.所述l型放置平台侧面阵列有电扇，位于同一排的相邻的电扇之间通过带传送机构驱动。
9.所述管道内安装有流量传感器，管道的旁通处安装有控制阀。
10.一种多载荷人字闸门疲劳损伤试验方法，包括以下步骤：步骤一、启动驱动装置，通过液压缸对闸门门体进行开启，第一支撑架与闸门体顶部的ab杆能承担力偶作用，保证闸门正常的运转；步骤二、启动电机，通过皮带的传动使电扇阵列运转起来，通过正前方的风孔时产生平行风加载在闸门门体上，通过控制电机风速的大小可以模拟风载以及涌浪作用对闸门
门体的疲劳损伤影响；步骤三、通过反复运行一段时间后，通过拆卸管道以及关闭前侧的电机，从而研究单因素条件的人字闸门的疲劳损伤规律，得到多载荷人字闸门疲劳损伤机理。
11.本发明一种多载荷人字闸门疲劳损伤试验台及方法，具有以下技术效果：1）、通过液压缸可以保证闸门门体正常的启闭和运转。通过比例溢流阀对液压缸的流量进行时变控制，可以实现模型闸门的等角度运行，或者根据给定的速度规律进行运动。
12.2）、通过电机驱动电扇与风孔之间可以产生平行风，以便研究风载对闸门门日的疲劳损伤影响。
13.3）、通过底部管道的连接以及调节控制阀，可以研究静水水压、动水受力对闸门门体的疲劳损伤影响。
14.4）、通过水箱可以使运行时模型闸门下部充分位于水中，上部位于空气中。
15.5）、通过在水箱两侧安装支撑架，提高水箱系统刚度，减少水箱底板和侧板所受的弯矩，从而保证试验台整体的稳定性及水箱整体的安全性。
16.6）、安装与拆卸十分方便，闸门门体整体处于水箱中，所安装的装置均在水箱外壁。
17.基于以上特点，本发明可以真实地模拟人字闸门的运行以及在此期间受到的风载、静水水压、动水受力以及涌浪作用，通过拆卸底部的管道以及前侧的l型安装平台，可以进一步研究各类因素对人字闸门的疲劳损伤影响，进而为实际闸门的维护与运行提供一定指导。因此，本发明对多载荷人字闸门的疲劳损伤维护以及运行寿命等具有重要的参考作用。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的结构示意图。
19.图2为本发明中闸门门体的局部结构示意图。
20.图3为图2中a处的局部放大示意图。
21.图4为本发明中管道的示意图。
22.图5为图4中d处的截面图。
23.图6为本发明中电扇的示意图（侧视图）。
24.图7为本发明中电扇的示意图（正视图）。
25.图中：水箱1，闸门门体2，ab杆3，液压缸4，水箱支撑架5，控制阀6，管道7，电扇8，电机9，三角支撑板10，皮带11，l型放置平台12，地脚13，流量传感器14，密封条15。
具体实施方式
26.如图1所示，一种多载荷人字闸门疲劳损伤试验台，包括水箱1，水箱1中的长、宽、高是按船闸闸室宽度等比例缩小。水箱1内安装有闸门门体2，闸门门体2高度与水箱1的高度基本持平。在水箱1底部安装有管道7，管道7通过水泵抽水或放水。
27.如图2所示，优选地，所述闸门门体2与水箱1底部、两侧与内壁均安装有密封条15，
用以防止底部与两侧水分的渗漏，起到密封防水的作用。以此可将闸门门体2分为上游和下游两个部分。
28.如图1-3所示，优选地，所述水箱1外部安装有水箱支撑架5，支撑架5底部与水箱1底部平台焊接在一起。支撑架5上端设有第一支撑柱、第二支撑柱，其中，第一支撑柱与闸门门体2顶部通过ab杆3铰接，用以保证闸门门体2的正常转动。第二支撑柱顶部与闸门门体2顶部通过液压缸4连接。通过液压缸4可以实现模型闸门的等角度运行，保证了闸门门体2的正常启闭与运转。
29.如图1所示，优选地，所述水箱1一侧安装有l型放置平台12，l型放置平台12水箱1与l型放置平台12的底部均安装有工字钢支架，工字钢支架将整个模拟试验台给支撑起来。
30.在工字钢支架下安装有地脚13，工字钢支架整体处于水中，地脚13与水底用紧定螺栓以固定。水箱内部的水通过管道由外界补充，工字钢支架支撑到最底部的位置，是为了保证试验台整体的稳定性优选地，水箱1底部与管道口7通过六角螺栓连接，管道7整体处于水箱1的轴线位置，一端与水箱的上游相连，另一端与水箱的下游相连。上下游管道口处均放置有垫片（图中未示出）。拆卸管道7时只需将螺栓全部取下，以便后续的研究。
31.优选地，在管道7的旁通处安装有控制阀6，当水箱1内部水位过高时将水放出，水箱1的补水依靠外界的水管补充。
32.优选地，所述管道7内部设置有流量传感器14，流量传感器14用于调节进入水箱上、下游区域的水量。水泵通过变频电机控制转速，用以调节水箱上下游的水位差，以及在闸门运行时产生动水作用。
33.优选地，所述l型放置平台12大致位于水箱1三分之二的高度。在放置平台12的侧面是一片电扇8阵列，在水箱1的前侧是开设有若干风孔，以便产生平行风。用以检测风载和涌浪作用对人字闸门的疲劳损伤规律。
34.优选地，电扇8为上下两排，在每个电扇8的转轴上安装有同步带轮，同步带轮设有双槽，同一排的同步带轮前后依次饶有同步带，上下两排电扇8的左右两端绕上同步带。各风扇轴之间通过带传动进行功率的传递。在l型放置平台12的外侧以及与电扇8的同轴心处安装有电机9，工作时，电机9提供动力驱动电扇8进行转动。产生的风载正好通过风孔加载在闸门门体2上。
35.优选地，所述电机9的支撑架与底部的三角支撑板是通过六角螺栓连接，三角支撑板通过焊接与l型放置平台12的外侧面相连接。更换电机9时只需将所有的六角螺栓拆卸即可完成。
36.工作原理及过程：此模拟试验台的目的是模拟人字闸门的运行以及在此期间受到的风载、静水水压、动水受力以及涌浪作用，因此在本试验中首先可根据试验要求调节控制阀，通过控制水箱内部水位的高低模拟所受到的水载以及动水受力。
37.1）、启动驱动装置，通过液压缸4对闸门门体2进行开启，第一支撑架与闸门体顶部的ab杆3能承担力偶作用，保证闸门正常的运转。
38.2）、启动电机9，通过皮带11的传动使电扇8阵列运转起来，通过正前方的风孔时产生平行风加载在闸门门体2上，通过控制电机9风速的大小可以模拟风载以及涌浪作用对闸门门体的疲劳损伤影响。
39.3）、通过反复运行一段时间后，通过拆卸管道以及关闭前侧的电机9，从而研究单因素条件（如动水受力或者涌浪作用，动水或涌浪通过水泵实现水循环，闸门运动产生波浪，风载也会产生波浪）的人字闸门的疲劳损伤规律，得到多载荷人字闸门疲劳损伤机理，为原有闸门的技术改造以及新闸门的设计提供理论依据。