ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОРОТ ШЛЮЗА ОТ НАВАЛА СУДОВ
SAFETY DEVICE FOR PROTECTION SLUICE GATES FROM DOCKING IMPACT

Предлагаемое изобретение относится к области водного транспорта и направлено на повышение безопасности шлюзования судов, а именно на защиту ворот шлюза от навала судов.
Известны предохранительные устройства, предназначенные для защиты ворот судоходного шлюза от навала судов, включающие гибкий заградительный элемент, перекрывающий судоходный пролет шлюза и амортизаторы, установленные на стенах камеры шлюза. В качестве амортизаторов в указанных устройствах могут быть использованы гидроцилиндры, шкивы трения, противовесы (см. а.с. USSR №872635, МПК Е02С 1/10, опубл. 1981 г; а.с. USSR №1079745, МПК Е02С 1/10, опубл. 1984 г.; пат. RU №2425922, МПК Е02С 1/00, опубл. 2011).
При выборе типа амортизаторов одной из задач является постепенное увеличение усилий в заградительном органе. В гидравлических цилиндрах это достигается регулированием расхода рабочей жидкости, перетекающей из штоковой полости в резервную емкость. В шкивах трения изменяются усилия прижима тормозных колодок на поверхность шкива трения. В амортизаторах с противовесом предусмотрена разрезка противовеса на отдельные секции с разной массой и с возможностью их постепенного включения в усилие на заградительный орган по мере перемещения судна на этапе торможения.
Из известных устройств наиболее близким аналогом предлагаемого решения по технической сущности и назначению является предохранительное устройство судоходного шлюза по пат. RU №2532036, МПК Е02С 1/00 (2006/01), опубл. 03.09.2014. Устройство, выбранное за прототип, включает гибкий заградительный орган, перекинутый через судоходный пролет шлюза, амортизаторы, установленные на тележках с возможностью перемещения последних вдоль стен камеры шлюза. Амортизаторы выполнены в виде штанг, сопряженных с концами гибкого заградительного органа, шарнирно сопряженных с подъемными штангами. Верхний ярус тележек выполнен ступенчатым, при этом суммарная высота ступеней соответствует амплитуде колебаний уровней воды в камере, а высота каждой ступени соответствует шагу перестановки заградительного органа.
При навале судна на гибкий орган происходит передача усилия через штанги на тележки с амортизаторами, в результате чего осуществляется гашение энергии навала и соответственно торможение судна.
Недостатком прототипа является малая деформация амортизирующего устройства, не обеспечивающая достаточного тормозного хода судна и вызывающая увеличение нагрузки на гибкий орган, что, в свою очередь, может привести к разрыву последнего.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении энергоемкости предохранительного устройства, что позволяет увеличить тормозной ход судна в шлюзовой камере и уменьшить нагрузку на гибкий орган.
<mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>B</mi><mi>н</mi><mo>−</mo><mi>B</mi><mi>к</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac></mrow>
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в предохранительном устройстве для защиты ворот шлюза от навала судов (состоящем, так же как и прототип, из гибкого заградительного органа в виде цепи или каната, перекинутого через судоходный пролет камеры шлюза, и двух тележек, установленных с возможностью перемещения вдоль стен камеры шлюза при навале судна на гибкий заградительный элемент), в отличие от прототипа, на боковых стенках тележек с внешней стороны закреплены через упругие вкладыши фрикционные колодки с возможностью контактирования последних с фрикционными направляющими, установленными на горизонтальных поверхностях стен камеры шлюза с симметричным сужением в направлении перемещения тележек, при этом угол сужения вычисляется по формуле:
, при условии: Вн-Вк≤2А, где α - угол сужения, Вн - расстояние между фрикционными направляющими в исходном положении тележки; Вк - расстояние между фрикционными направляющими при остановке тележки; L - расчетный путь торможения судна, А - предельная амплитуда деформаций упругих вкладышей. При этом фрикционные направляющие размещены в пазах, выполненных на горизонтальных поверхностях стен шлюза.
Сопоставление предлагаемого изобретения и прототипа показало, что поставленная задача - повышение энергоемкости, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области водного транспорта не выявил отдельных отличительных признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1, 2 дано схематическое изображение устройства в плане.
Предлагаемое устройство состоит из гибкого заградительного органа 1 в виде цепи или каната, перекинутого через судоходный пролет шлюза. Канат 1 перекинут через блоки 2 и соединен с тележками 3. В горизонтальных поверхностях стен шлюза 5 выполнены пазы 4, в которых уложены с симметричным сужением фрикционные направляющие 6. На тележках 3 с внешней стороны боковых стенок установлены фрикционные колодки 7. Колодки 7 закреплены на стенках через упругие вкладыши 8, выполненные в виде резиновых концевых отбойников. Упругие вкладыши обеспечивают контактирование фрикционных колодок с направляющими 6. Вдоль стен камеры шлюза проложены рельсовые пути 9, на которых установлены тележки 3.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При навале судна 10 на заградительный орган 1 усилие навала передается на тележки 3, в результате чего они перемещаются по рельсовым путям 9. В колодках 7, находящихся в контакте с направляющими 6, возникают силы трения, создающие тормозные усилия.
Тормозное усилие t определяется по формуле: t=F·γ, где F - максимальная величина силы при сжатии концевых отбойников (упругих вкладышей) 8; γ - коэффициент трения в фрикционных колодках 7.
По мере движения тележек тормозное усилие в колодках 7 увеличивается за счет постепенного уменьшения расстояния между направляющими 6 и сжатия упругих вкладышей 8. В результате происходит гашение энергии навала судна, которое обусловлено двумя составляющими:
тр
- энергией торможения, создаваемой силами трения между тормозными колодками и направляющими и рассчитываемой по формуле: E=t·L, где t - усилие в фрикционных колодках; L - путь, пройденный тележками;
сж
- энергией сжатия резиновых вкладышей, установленных между колодками и тележкой: E=F·A, где F - паспортная величина силы сжатия амортизаторов; А - амплитуда сжатия.
с
тр
сж
Общая энергия системы: Е=Е+Е.
<mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>α</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>B</mi><mi>н</mi><mo>−</mo><mi>B</mi><mi>к</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac></mrow>
Исходя из приведенных математических выражений составляется расчетная схема расположения тормозных направляющих в пазах, по которой определяется угол сужения α:
, где Вн - расстояние между фрикционными направляющими в исходном положении тележки; Вк - расстояние между фрикционными направляющими при остановке тележки; L - расчетный путь торможения судна (путь, пройденный тележками), А - предельная амплитуда деформаций упругих вкладышей. При этом должно быть выполнено условие Вн-Вк≤2А, где А - паспортная (предельная) амплитуда деформаций амортизаторов (амплитуда сжатия).
Предлагаемое устройство сохраняет достоинства прототипа - высокую надежность, но при этом более энергоемко за счет того, что в процесс торможения судна кроме силы сжатия амортизационных устройств вступает сила трения между амортизаторами и направляющими. Это, в свою очередь, позволяет увеличить тормозной ход судна в шлюзовой камере и уменьшить нагрузку на гибкий орган. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность установки предохранительного устройства без приостановки эксплуатации шлюзов, что достигается за счет упрощения конструкции устройства.
Описанное устройство разработано специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства на внутренних водных путях Российской Федерации.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».