CN113512999A - 一种用于翻板闸门的减振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于翻板闸门的减振方法，具体为：通过在支墩壁上安装磁铁，在支腿侧面安装铁片，并在翻板闸门的支墩顶部安装多层橡胶垫，每两层橡胶垫之间用钢板相隔，采用螺栓锚固，从而实现翻板闸门的减振。当翻板闸门完全开启时，支腿与支墩顶部橡胶垫碰撞，可以缓冲撞击；支腿侧面的铁片被支墩壁的磁铁吸引，可以减少由脉动压力引起的支腿拍打现象。本发明的方法工艺简单，拆装、检修、更换都很方便。

Description

一种用于翻板闸门的减振方法

技术领域

本发明属于水利设施减振技术领域，具体涉及一种用于翻板闸门的减振方法。

背景技术

翻板闸门是一种借助水力和动力作用，利用水力和闸门的动量平衡，随着上游水位的变化而改变启闭状态的闸门。闸门在启闭时支腿与支墩起着绝对的控制作用，因此，必须尽力提高支腿与支墩的承载能力。对于翻板闸门而言，其承受的主要荷载是冲击荷载和自重，闸墩在冲击荷载的作用下发生应力变化，进而影响闸墩的承载能力。大量研究结果表明，冲击荷载的折减可以有效的缓解支墩拐角处的应力集中，减小脉动压力引起的支腿拍打，进而提高支墩的承载能力。根据工程经验，在冲击荷载作用下，若考虑在支腿与支墩碰撞时接触的地方设置橡胶垫，可以使冲击荷载最大降低，成为原来的1/2。橡胶垫可以有效地削弱冲击力的作用，所以在支墩槽顶部布置橡胶垫成为重点，橡胶垫与支墩之间必须有可靠的固定措施，同时橡胶垫必须定期检修，及时更换，防止其老化和破坏。

橡胶垫经常被用在旋转机械的振动控制中，但在闸门振动控制中还比较少见，由于翻板闸门工作原理的特殊性，利用橡胶垫辅助减振设计比较简便。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于翻板闸门的减振方法，可以有效地降低闸门在运行过程中的振动，增强支腿与支墩截面的承载能力。

本发明所采用的技术方案是，一种用于翻板闸门的减振方法，具体为：通过在支墩壁上安装磁铁，在支腿侧面安装铁片，并在翻板闸门的支墩顶部安装多层橡胶垫，每两层橡胶垫之间用钢板相隔，采用螺栓锚固，从而实现翻板闸门的减振。

本发明的特点还在于，

每个橡胶垫的大小和厚度均相同；橡胶垫位于支腿与支墩顶部相接处，橡胶垫的大小和支腿与支墩顶部接触面大小一致。

橡胶垫的层数的计算方法如下：

步骤1，计算多层橡胶垫的总刚度k，橡胶垫的总刚度为每个橡胶垫的刚度的乘积与和的比值，如式(1)所示；

式(1)中，k₁，k₂……k_n，分别为第一层橡胶垫的刚度，第二层橡胶垫的刚度，……第n层橡胶垫的刚度；

步骤2，利用多层橡胶垫的总刚度k和翻板闸门的系统质量m，计算得到翻板闸门的系统频率ω，如式(2)所示；

步骤3，采用试算法，将假定的橡胶垫层数代入隔振系数η的计算公式中进行循环计算，直至得到的橡胶垫的隔振系数趋于稳定，此时的橡胶垫层数即为最终的橡胶垫层数；

橡胶垫的隔振系数的计算公式，如式(3)所示；

式(3)中，

表示频率比；

是激振频率，

ζ是橡胶垫的阻尼比。

本发明的有益效果是，

对于闸门运行过程中不可避免的振动，通过控制相关的参数以及计算验证，在支墩顶部设置满足减振设计要求的橡胶垫层数，以此来改变系统的自振频率，延长系统的自振周期；通过橡胶垫的粘性阻尼和滞性阻尼消耗振动产生的能量，减小脉动压力引起的支腿拍打，进而减小支腿拍打引起的振动，达到减振的目的。通过本发明的减振方法，可以有效地降低闸门在运行过程中的振动，增强支腿与支墩截面的承载能力，延长闸门的使用年限。

附图说明

图1是本发明实施例中翻板闸门上橡胶垫的布置示意图；

图2是本发明实施例中的隔振系数与橡胶垫层数的关系曲线图。

图中，1.支腿，2.铁片，3.支墩，4.磁铁，5.橡胶垫。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于翻板闸门的减振方法，具体为：通过在支墩壁上安装磁铁，在支腿侧面安装铁片，并在翻板闸门的支墩顶部安装多层橡胶垫，每两层橡胶垫之间用钢板相隔，采用螺栓锚固，从而实现翻板闸门的减振；

每个橡胶垫的大小和厚度均相同；橡胶垫位于支腿与支墩顶部相接处，橡胶垫的大小与支腿与支墩顶部接触面大小一致；

其中，橡胶垫的层数的计算方法如下：

步骤1，计算多层橡胶垫的总刚度k，橡胶垫的总刚度为每个橡胶垫的刚度的乘积与和的比值，如式(1)所示；

式(1)中，k₁，k₂……k_n，分别为第一层橡胶垫的刚度，第二层橡胶垫的刚度，……第n层橡胶垫的刚度；

步骤2，利用多层橡胶垫的总刚度k和翻板闸门的系统质量m，计算得到翻板闸门的系统频率ω，如式(2)所示；

步骤3，采用试算法，将假定的橡胶垫层数代入隔振系数η的计算公式中进行循环计算，直至得到的橡胶垫的隔振系数趋于稳定，此时的橡胶垫层数即为最终的橡胶垫层数；

橡胶垫的隔振系数的计算公式，如式(3)所示；

式(3)中，

表示频率比；

是激振频率，

ζ是橡胶垫的阻尼比。

通过隔振系数η判断减振效果，隔振系数越小，隔振效果越好，将各已知量代入隔振系数η计算式中，进而求出隔振系数。若隔振系数满足要求，即可得出橡胶垫的层数；若不满足要求，则需要重新设置橡胶垫的层数，进而改变隔振系数，直至其满足减振要求。

本方法中采用高阻尼的橡胶垫，其阻尼比为0.1，要求橡胶垫的承载能力大于等于4×10⁶N/m²，即每平方米的承载力不小于4×10⁶N。

对于闸门运行过程中不可避免的振动，通过控制相关的参数以及计算验证，在支墩槽顶部设置满足减振设计要求的橡胶垫层数，以此来改变系统的自振频率，延长系统的自振周期；通过橡胶垫的粘性阻尼和滞性阻尼消耗振动产生的能量，减小脉动压力引起的支腿拍打，进而减小支腿拍打引起的振动，达到减振的目的。

本发明的优点是：翻板闸门完全开启时，支腿侧面的铁片被支墩槽壁的磁铁吸引，可以减少脉动压力引起的支腿拍打现象。另外，当闸门完全开启时，支腿与支墩槽顶部的橡胶垫碰撞，可以有效的缓解支墩槽顶部的撞击。通过本发明的翻板闸门的减振方法，可以有效地降低闸门在运行过程中的振动，增强支腿与支墩截面的承载能力，延长闸门的使用年限。本发明工艺简单，拆装、检修、更换都很方便。

实施例

本实施例的橡胶垫布置结构示意图，如图1所示，翻板闸门主要依靠支腿1和支墩3发挥作用，支腿1和支墩3通过连杆和滑轮连接，当水位超过支腿1的顶部时，支腿1在水力的作用下逐渐闭合，直至支腿1与支墩3的顶部接触。为了起到减振的效果，在支墩3顶部布置橡胶垫5，即闸门完全开启状态时，支腿1与支墩3的接触部位。由于闸门完全开启时，支腿1与支墩3顶部贴合，所以需要给支墩3顶部与支腿1接触的部位布设橡胶垫5。由于闸门工作时，支腿与支墩的顶部完全贴合，故布设在支墩顶部的橡胶垫需要完全覆盖支墩顶部，并且采取多个橡胶垫重复叠加的方式，即通过橡胶垫的串联来增加支墩的总刚度。若支墩顶部的橡胶垫采取并联的方式，即在支墩顶部的四个角布设橡胶垫，显然其减振效果远不如串联。所以本发明采取了串联橡胶垫的方式。并当闸门完全开启时，为了减少脉动压力引起的支腿拍打现象，进而削弱拍打引起的振动作用，可以在支腿侧面和支墩顶部分别布置铁片和磁铁。根据支腿和支墩承受的荷载选择合适承载力的橡胶垫，初始刚度为1×10⁷N/m，阻尼比ζ＝0.1，通过计算来确定橡胶垫串联个数。计算结果：图2为计算出的不同层数橡胶垫对应的隔振系数关系曲线图，从图中可以看出，设置1～2层橡胶垫时，不仅没起到减振的作用，反而起到了反作用；采用3层橡胶垫时已经避开了减振区，隔振系数达到0.707，随着橡胶垫串联层数持续增加，隔振系数变化幅度非常小，逐渐趋于平缓。即3层橡胶垫已经可以达到足够的减振效果，而且经济合理。

运用MATLAB对支墩顶部采用橡胶垫和不采用橡胶垫进行仿真模拟分析，分别确定两种情况下系统的质量、刚度和阻尼，对系统的振动过程进行仿真计算，比较两种情况下闸门的支腿和支墩的承载能力和使用年限，进而确定橡胶垫是否有减振效果。经过仿真模拟发现，橡胶垫对于减小翻板闸门支腿与支墩的集中力，提高系统的承载能力有明显的效果。

Claims (3)

1.一种用于翻板闸门的减振方法，其特征在于，具体为：通过在支墩壁上安装磁铁，在支腿侧面安装铁片，并在翻板闸门的支墩顶部安装多层橡胶垫，每两层橡胶垫之间用钢板相隔，采用螺栓锚固，从而实现翻板闸门的减振。

2.根据权利要求1所述的一种用于翻板闸门的减振方法，其特征在于，每个所述橡胶垫的大小和厚度均相同；所述橡胶垫位于支腿与支墩顶部相接处，所述橡胶垫的大小和支腿与支墩顶部接触面大小一致。

3.根据权利要求2所述的一种用于翻板闸门的减振方法，其特征在于，所述橡胶垫的层数的计算方法如下：

步骤1，计算多层橡胶垫的总刚度k，橡胶垫的总刚度为每个橡胶垫的刚度的乘积与和的比值，如式(1)所示；

式(1)中，k₁，k₂……k_n，分别为第一层橡胶垫的刚度，第二层橡胶垫的刚度，……第n层橡胶垫的刚度；

步骤2，利用多层橡胶垫的总刚度k和翻板闸门的系统质量m，计算得到翻板闸门的系统频率ω，如式(2)所示；

步骤3，采用试算法，将假定的橡胶垫层数代入隔振系数η的计算公式中进行循环计算，直至得到的橡胶垫的隔振系数趋于稳定，此时的橡胶垫层数即为最终的橡胶垫层数；

橡胶垫的隔振系数的计算公式，如式(3)所示；

式(3)中，

表示频率比；

是激振频率，

ζ是橡胶垫的阻尼比。

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