PROBLEMY KONTAKTOWE WR ÓT ŚLUZ I INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCH W ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ...

PROBLEMY KONTAKTOWE WRPROBLEMY KONTAKTOWE WRÓT ŚLUZÓT ŚLUZI INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCHI INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCH

W ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ W ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ TERENOWYCHTERENOWYCH

- praca doktorska -- praca doktorska -

autor:autor: Mgr inMgr inż. Ryszard Danielż. Ryszard Danielpromotor:promotor: Prof. zw. dr hab. inż. Eugeniusz DembickiProf. zw. dr hab. inż. Eugeniusz Dembicki

BouwdienstBouwdienstRijkswaterstaatRijkswaterstaat

Politechnika GdaPolitechnika GdańńskaskaWydziaWydział Inżynierii Lądowej i Środowiskał Inżynierii Lądowej i Środowiska

TREŚĆ:TREŚĆ: Miejsce zagadnień kontaktowych w projektowaniuMiejsce zagadnień kontaktowych w projektowaniu Dobór załżeń, typu wrót i stref kontaktowych Dobór załżeń, typu wrót i stref kontaktowych Układ konstrukcyjny, rodzaje podparć i poziomy Układ konstrukcyjny, rodzaje podparć i poziomy

kontaktukontaktu Systematyka obciążeń wrót i ich stref kontaktowychSystematyka obciążeń wrót i ich stref kontaktowych Wybrane problemy kontaktoweWybrane problemy kontaktowe Badania laboratoryjne kontaktu wrót śluzBadania laboratoryjne kontaktu wrót śluz Koncepcja wrót wiszącychKoncepcja wrót wiszących Wnioski i zaleceniaWnioski i zalecenia



2

DOBRZEDOBRZEŚluzy Orańskie w AmsterdamieŚluzy Orańskie w Amsterdamie

DOBRZEDOBRZE

ŹLŹLEE

Jaz Hagestein na RenieJaz Hagestein na Renie

fazaINICJOWANIA

fazaDEFINICJI

fazaPROJEKTOWA

fazaUŻYTKOWANIA

Ogólnakoncepcja

FAZA PROJEKTU REZULTAT ZAGADNIENIA KONTAKTOWE

Założeniaprojektowe

Studia wstępne,projekt roboczy

Produkcja i montaż wrót

Zadowalająca praca wrót

fazaREALIZACJI

Studia wstępne: nie rozważa się Projekt roboczy: tak – mała swoboda

rozwiązań, “mission impossible”

Rysunki wykonawcze, tolerancjezamówienia materiałów, atesty itp.

Wykonawstwo, montaż i rozruch

Uwagi w planie utrzymania ruchu Przeglądy, czyszczenie, doraźna

wymiana, smarowanie itp.

MIEJSCE ZAGADNIEŃ KONTAKTOWYCHMIEJSCE ZAGADNIEŃ KONTAKTOWYCHW PROJEKTOWANIUW PROJEKTOWANIU



3

Zwykle jeszcze nie rozważane Wybór typu wrót i typu ich napędu Wymagana szczelność wrót Lokalizacja, charakter i warunki

strefkontaktowych (badania) Możliwe układy podparcia wrót

Obciążenia podporowe, ich wartości,kierunki, charakter itp.

Nieciągłości i nieliniowości kontaktów

Dobór materiałów kontaktowych Rysunki wykonawcze, tolerancje, zamówienia materiałów, atesty itp.

Produkcja, testy i montaż kontaktów

Rozruch, pomiary, dokumentacja Priorytet w planie utrzymania ruchu Regularne (nie doraźne!)

przeglądy,pomiary, prace utrzymania ruchu

“Feed-back” dla nowych projektów

DOBÓR ZAŁOŻEŃ, DOBÓR ZAŁOŻEŃ, RODZAJRODZAJU WRÓTU WRÓTI STREF KONTAKTOWYCHI STREF KONTAKTOWYCH



4

parcie wody

ciężar własny

2b c)

b b

d)

parcie wody

a) b)

b b

h = b/3

parcie wody

Przykład: Wybór wrót dla 2-giej Śluzy na Mozie w Lith

Typ wrot: Kryterium Udzial

wagowyWrota (a) wsporne

Wrota (b) wsporne

Wrota (c) pionowe

Wrota (d) przesuwne

1. Laczny koszt 0,30 8,50 7,50 8,00 5,002. Niezawodnosc 0,25 8,00 8,00 6,50 7,003. Zegluga 0,15 8,50 9,00 5,00 8,504. Utrzymanie 0,15 7,50 8,00 8,50 7,005. Srodowisko 0,10 7,00 7,50 7,00 6,506. Estetyka 0,05 8,50 8,00 5,00 7,00 Ocena laczna 1,00 8,08 7,95 7,00 6,58

UKŁAD KONSTRUKCYJNY, UKŁAD KONSTRUKCYJNY, RODZAJERODZAJE PODPARĆ PODPARĆ I I POZIOMY KONTAKTUPOZIOMY KONTAKTU (1) (1)



5

a)

Rx

Rx

Ry

Ry

P

z

y x

qy

qx

P

z

y x

b)

Rz = G Rh·h = G·a

Rz

Rh

Rh

h

a

G

e)

c)

Ryi

Rxi P

z

y x

i

Rz = G Rh·h = G·a

Rz

Rh

Rh

h

a

G

d) f) Rz = G Rh·h = G·a

Rz

Rh

Rh

h

a

G

Przykład: wrota wsporne

Obciążenia poziome

Obciążenia pionowe

b2) Rh1

Rh G

Rh2

Rv

b1) Rh

z

y x

Rh G

Rv

c) G P qb qf

Rv

b3)

Maeslandtkering

Europoortkering

Poziomy kontaktu:Poziomy kontaktu:system system komponent komponent segment segment nierówność nierówność

c) d) a) b)

kotwa

UKŁAD KONSTRUKCYJNY, UKŁAD KONSTRUKCYJNY, RODZAJERODZAJE PODPARĆ PODPARĆ I I POZIOMY KONTAKTU (2)POZIOMY KONTAKTU (2)



6

Podparcia punktowe, liniowe, powierzchniowe, …Podparcia punktowe, liniowe, powierzchniowe, …(szkoła “purystów” i “naturalistów”)(szkoła “purystów” i “naturalistów”)

Wrota ryglowane, szczelność wrót, kontakty prowadnic Wrota ryglowane, szczelność wrót, kontakty prowadnic i zderzaków, wpływy reologicznei zderzaków, wpływy reologiczne,, termiczne i inne termiczne i inne

Obciążenia kontaktoweObciążenia kontaktowe……wyjątkiwyjątki

Zasada:Zasada:Obciążenia globalne wrótObciążenia globalne wrót

Naviduct Enkhuizen

SYSTEMATYKA OBCIĄŻEŃ WRÓTSYSTEMATYKA OBCIĄŻEŃ WRÓTI ICH STREF KONTAKTOWYCHI ICH STREF KONTAKTOWYCH



7

7.12

7.10

Rux

Rdx Rz

0.20

G

xy z

Ciężar własny,wrota otwarte

7.10

Rz 0.20

G

Rux

Ruy

Rdy

Rdx 6.75 2.25

Ciężar własny, tużprzed zamknięciem

Ry

7.10

0.

20

Rux

Ruy

Rdy

Rdx

6.75 2.25

Fc Sprężenie wrótcylindrem napędu

7.10

Px

0.20

Rux

Ruy

Rdy

Rdx

6.75 2.25

3.07

Obc. maksymalneod IJsselmeer

7.10

Px

0.20

Rux

Ruy

Rdy

Rdx

6.75 2.25

3.00

Obc. maksymalneod Markermeer

7.10

Px

0.20

Rux

Ruy

Rdy

Rdx

6.75 2.25

2.75

Fc “Negatywne” obc.przy śluzowaniu

7.10

0.

20

Rux

Rdy

Rdx

6.75 2.25

Fc

Fy

Fx

0.55

1.00

Przeszkoda międzybramą a progiem

7.12

7.10

Rux

Rdx

0.20

xy z

Ruy

Fc

4.50

1.00

Rdy

FxFy

0.55

Przeszkoda przyścianie, pływająca

WYBRANE PROBLEMY KONTAKTOWE (1)WYBRANE PROBLEMY KONTAKTOWE (1)



8

SYSTEM, KOMPONENT:SYSTEM, KOMPONENT: Obciążenia punktowe lub Obciążenia punktowe lub

rozłożone w sposób ciągłyrozłożone w sposób ciągły Kierunki prostopadłe do Kierunki prostopadłe do

płaszczyzn kontaktupłaszczyzn kontaktu Wartości i kierunki obciążeń Wartości i kierunki obciążeń

z warunków statyki układuz warunków statyki układu Jednorodność materiałuJednorodność materiału

SEGMENT, NIERÓWNOŚĆ:SEGMENT, NIERÓWNOŚĆ: Małe lokalne powierzchnie Małe lokalne powierzchnie

kontaktu (duże naprężenia)kontaktu (duże naprężenia) Kierunki nieprostopadłe do Kierunki nieprostopadłe do

płaszczyzn kontaktupłaszczyzn kontaktu Wartości i kierunki losowo Wartości i kierunki losowo

rozłożone, nie ze statykirozłożone, nie ze statyki Niejednorodność materiału Niejednorodność materiału

Poziom segmentu i nierównościPoziom segmentu i nierównościPoziom systemu i komponentuPoziom systemu i komponentu

b)

c)

… nieobrobiona

powierzchnia gładka

d)

powierzchnia gładka

adhezja

a)materiał twardy

… miękki

“A”

WYBRANE PROBLEMY KONTAKTOWE (2)WYBRANE PROBLEMY KONTAKTOWE (2)



9

Naviduct - Szczelność wrót wspornych odwrotnie obciążonychNaviduct - Szczelność wrót wspornych odwrotnie obciążonych

Disco.exe

Dance.bat

tradycyjnie:

drewno: Azobé ~200 x 150

śruby M16

842 oś Φ 200

a

a

powłoka AlMg5 na a = 100

Naviduct:

600

oś Φ 200

UHMPE 120 x 100

2 x uszcz. SA2 Trelleborg Bakker

uszczelnienie 20÷25

uszczelka OP29

ramię napędu

maszy- nownia

śruby M16, # 50 x 12

AISI 316L Ra < 0.8 μ

C:\DISCO\DISCO.EXE

C:\DISCO\DANCE.BAT

BADANIABADANIA LABORATORYJN LABORATORYJNEE KONTAKTU KONTAKTU WRÓT ŚLUZWRÓT ŚLUZ (1) (1)



10

P2

P1

P2

P1

P = P2 - P1 = ΔPwypór!

a) Płyta pod prąd

P =P2 - P2 = 0wypór = 0

P1

P2

P2

P2

b) Płyta z prądem

P1

P2

ΔP = P2 - P1

p = ρ·h, mały wypór

ΔP

h c) “Faltwerk”

ΔP

Bezpośredni powód:Bezpośredni powód:

b)

c)

a)

trzon czopu

głowica czopu

starcie “gwintowe”

Próbki:Próbki:

BADANIA BADANIA LABORATORYJNE (2) LABORATORYJNE (2)

KONTAKTU WRÓT ŚLUZKONTAKTU WRÓT ŚLUZ



11

Współczynniki ścieralności Współczynniki ścieralności kk

MateriaMateriał ł kontaktowykontaktowy ŚcieralnośćŚcieralność k (mmk (mm22/N)/N)·10·10-9-9

ppłytka ciernałytka cierna prpróbkaóbka ppłytka ciernałytka cierna prpróbkaóbka

Stal manganowa Stal manganowa G-X120 Mn12G-X120 Mn12


2,12,1████

10,3 10,3 ██████████████

j.w.j.w. j.w. z utwardzonj.w. z utwardzonąą powierzchnipowierzchniąą

2,12,1████

9,69,6██████▌██████▌

j.w.j.w. Stal uszlachetn. Stal uszlachetn. 34 Cr Ni Mo634 Cr Ni Mo6

1,51,5▐█▐█

2,42,4████

Stal uszlachetn. Stal uszlachetn. 34 Cr Ni Mo634 Cr Ni Mo6


1,81,8▐█▐█

2,02,0████

j.w.j.w. Stal uszlachetn. Stal uszlachetn. 34 Cr Ni Mo634 Cr Ni Mo6

4,24,2▐███▐███

3,83,8██████

j.w.j.w. Stal Stal karbonowana 20 karbonowana 20 Mn Cr5Mn Cr5

1,91,9▐█▐█

6,2 6,2 ████▌████▌

Stal uszlachetn. Stal uszlachetn. 34 Cr Ni Mo634 Cr Ni Mo6

Aluminium-brAluminium-brąąz, z, brbrąąz itp. + smarz itp. + smar

~1,5~1,5▐█▐█

~12,~12,00████████▌████████▌

Stal nierdz. 316L, Stal nierdz. 316L, Ra = 0,8 Ra = 0,8 μμmm

Kompozyt Kompozyt Feroform T814Feroform T814

0,20,2▐▐

3,53,5██▌██▌

j.w. leczj.w. leczRa = 1,6 Ra = 1,6 μμmm

Kompozyt Kompozyt Feroform T814Feroform T814

0,30,3▐▐

5,05,0███▌███▌


Polietylen Polietylen UHMPEUHMPE

0,10,1▐▐

0,50,5██


Polietylen Polietylen UHMPEUHMPE

0,10,1▐▐

████████████ 25,025,0████████████████████


Kompozyt fenol. Kompozyt fenol. Railko RGRailko RG

0,10,1▐▐

4,04,0██████


Kompozyt fenol. Kompozyt fenol. Railko RGRailko RG

0,10,1▐▐

████████████ 25,025,0████████████████████


Miesz. polimerMiesz. polimerów ów Thordon SXLThordon SXL

0,10,1▐▐

0,70,7██


Miesz. polimerMiesz. polimerów ów Thordon SXLThordon SXL

0,10,1▐▐

5,45,4███▌███▌

Próba ścieralności:Próba ścieralności:

KONCEPCJA WRÓT KONCEPCJA WRÓT WISZĄCYCHWISZĄCYCH



12

wsporne

jednoskrzydłowe

ZALETY:1. Obciążenia pionowe

poza łożyskami2. Dłuższa żywotność

stref kontaktu3. Brak/mniej zjawisk

zmęczeniowych4. Estetyka, ekspresja

WNIOSKI I ZALECENIA (1):WNIOSKI I ZALECENIA (1): Odkładanie zagadnień kontaktowych do etapu projektu szczegóło-Odkładanie zagadnień kontaktowych do etapu projektu szczegóło-

wego jest błędem. Zagadnienia te mają zbyt duży wpływ na pracę wego jest błędem. Zagadnienia te mają zbyt duży wpływ na pracę całych ustrojów wrót i ich otoczenia. Należy im poświęcać uwagę całych ustrojów wrót i ich otoczenia. Należy im poświęcać uwagę już od etapu formułowania założeń projektowych.już od etapu formułowania założeń projektowych.

Wrota zamknięć wodnych przyjmują nie tylko różne pozycje ale i Wrota zamknięć wodnych przyjmują nie tylko różne pozycje ale i różne układy statyczne w czasie pracy. Wynika to ze zmian miejsc różne układy statyczne w czasie pracy. Wynika to ze zmian miejsc i charakteru kontaktu. Różnorodność tę należy w pełni uwzględnić i charakteru kontaktu. Różnorodność tę należy w pełni uwzględnić tak w projektowaniu jak i w utrzymaniu wrót. tak w projektowaniu jak i w utrzymaniu wrót.

Zagadnienia kontaktowe należy – zależnie od stadium projektu – Zagadnienia kontaktowe należy – zależnie od stadium projektu – rozpatrywać na różnych poziomach. W niniejszej pracy proponuje rozpatrywać na różnych poziomach. W niniejszej pracy proponuje się 4 poziomy: systemu, komponentu, segmentu i nierówności.się 4 poziomy: systemu, komponentu, segmentu i nierówności.

W przeciwieństwie do samych wrót, elementów kontaktowych nie W przeciwieństwie do samych wrót, elementów kontaktowych nie wystarczy projektować w oparciu o analizę naprężeń i odkształceń. wystarczy projektować w oparciu o analizę naprężeń i odkształceń. Kryteria dodatkowe to m.in.: ścieranie, adhezja, tarcie, Kryteria dodatkowe to m.in.: ścieranie, adhezja, tarcie, wydzielanie ciepła, utwardzenie zgniotowe, “stick-slip”, drgania wydzielanie ciepła, utwardzenie zgniotowe, “stick-slip”, drgania itp.itp.



13

WNIOSKI I ZALECENIA (2)WNIOSKI I ZALECENIA (2):: Obecnie istnieje szereg programów komputerowych symulujących Obecnie istnieje szereg programów komputerowych symulujących

zachowanie się stref kontaktowych. Załączony do pracy program zachowanie się stref kontaktowych. Załączony do pracy program autora, DISCO, umożliwia modelowanie takich stref oraz innych autora, DISCO, umożliwia modelowanie takich stref oraz innych nieciągłości w układach prętowych. nieciągłości w układach prętowych.

Obok doświadczeń terenowych – w tym i z pokrewnych dziedzin Obok doświadczeń terenowych – w tym i z pokrewnych dziedzin (np. łożyska sterów okrętowych) – w pracy przedstawiono wyniki (np. łożyska sterów okrętowych) – w pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych autora nad kontaktami wrót śluz.badań laboratoryjnych autora nad kontaktami wrót śluz.

Szczególnie niekorzystne w łożyskach wrót jest łączenie obciążeń Szczególnie niekorzystne w łożyskach wrót jest łączenie obciążeń normalnych (radialnych) i stycznych (osiowych). Ich rozdzielenie normalnych (radialnych) i stycznych (osiowych). Ich rozdzielenie daje m.in. oszczędności w utrzymaniu i przedłuża żywotność wrót. daje m.in. oszczędności w utrzymaniu i przedłuża żywotność wrót. Przykładem jest przedstawiona koncepcja wrót wiszących.Przykładem jest przedstawiona koncepcja wrót wiszących.

Wzrost wagi zagadnień kontaktowych wynika także z zebranych w Wzrost wagi zagadnień kontaktowych wynika także z zebranych w pracy danych statystycznych. Zagadnienia te zajmują 1-sze pracy danych statystycznych. Zagadnienia te zajmują 1-sze miejsce w grupie przyczyn miejsce w grupie przyczyn mechanicznychmechanicznych przerw w pracy śluz, przerw w pracy śluz, wyraźnie wyprzedzając np. uszkodzenia konstrukcji wrót.wyraźnie wyprzedzając np. uszkodzenia konstrukcji wrót.



14

PROBLEMY KONTAKTOWE WR ÓT ŚLUZ I INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCH W ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ...

Documents

Transcript of PROBLEMY KONTAKTOWE WR ÓT ŚLUZ I INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCH W ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ...