间隙理论（精选7篇）
间隙理论 篇1
内河港区航道在整个水网运输航道体系中起到了维系上下游来船装卸货物和为上下游来船提供折返中转的平台的重要纽带作用, 不可避免地成为提升整个水网运输效率的关键所在。而目前国内外对内河港区航道运行模式和内河港区交通流机理的研究还不很深入, 因此对内河港区航道的通行能力进行研究具有理论和实践价值, 给内河航道规划管理部门在规划设计和航道管理时考虑内河港区航道的影响提供一定的依据。
目前国内外对航道通过能力的研究大多以单、双向基本航段的单航路船舶交通通过能力和船闸通过能力研究为主, 并提出了多种航道通过能力计算模型, 具体分为两大类:以单位时间内通过某一航段的最大货运量, 即过货能力;以单位时间内通过的船舶艘数来表示基于船舶交通的交通通过能力, 即过船能力。近年来考虑航道管理和服务的要求, 引入航道服务水平的概念, 使得港区和航道交汇段的通过能力研究成为了重点和难点。
许多学者引入公路和海上交通领域的船舶交通流理论, 在考虑宏观影响因素、交通流量调查与统计分析的基础上, 建立了多种宏观计算机模拟系统。大阪大学的Kazuhiko Hasegawa[1]与其他学者历时五年, 融合了GPS、AIS、卫星和移动通信等, 联合开发MarineITS项目, 建立了虚拟雷达系统。M.Numano, H.Itoh and Y.Niwa[2]开发了基于实际观测数据获得多PC机的实时交通模拟系统, 并且以东京湾为例得到了验证。稻石正明[3]等考虑了船舶之间的联系建立了适用于宽阔水域和海上交通船舶行为集群模型。当前我国在内河航道规划与建设中, 有关考虑内河港区的通行能力的计算方法不多, 对航道通过能力的计算大多是结合相关经验公式 (如长江公式[4]、苏南运河公式[4]、川江公式[5]、王宏达公式[6]、闵朝斌公式[7]等) 考虑了流向交叉的影响加入一个折减系数。刘绍满等[8]从主观和实际两方面入手, 以航道宽度、船舶交通流速度、船舶领域三个考察指标来对内河航道拥挤水域的通过能力进行分析研究。杜状[9]、徐笛清等[10]分别基于可接受间隙理论对Y字型交叉口和十字形交叉口通过能力进行了理论分析。
本文借鉴公路无信号交叉口通过能力[5]的计算方法, 通过对内河港区段航道单侧靠泊船舶流冲突分析, 以可接受间隙理论为基础, 建立了港区段航道通过能力模型, 并计算了江苏内河不同等级航道港区段的通过能力, 研究了直行饱和度与航道通过能力、进港通过能力, 航道通过能力与进港通过能力的关系。
1 船舶流冲突点分析
在建立内河港区影响范围内的船舶通行模型时, 各种不同布置形式的内河港口区域内船舶航行模式的共同特征是模型的关键因素。内河港口的具体布置形式各不相同, 但无论采取何种港区布置形式, 只要内河港区范围内的船舶流正常运行, 船舶的航行路线上均存在不可避免的交汇点和分叉点。认为船舶分流基本不对通行能力造成影响, 即不关注船舶流的分叉点, 而仅仅关注船舶流的交汇点, 称这些船舶流的交汇点为不同流向船舶的冲突点。
单侧河岸布置港区泊位的内河港口影响范围内的各船舶流冲突关系如图1所示。所有的进入港区影响范围的船舶流向共有6种, 分别记为v1至v6。这6种流向的船舶流在正常运行时, 共产生5个船舶流冲突点, 分别记为冲突点 (1) ~ (5) 。冲突点 (1) 为v5与v1+v2冲突;冲突点 (2) 为v3+4与v1+v2冲突;冲突点 (3) 为v5与v2+v3冲突;冲突点 (4) 为v5与v1+v4冲突;冲突点 (5) 为v1+v2+v6与v2+v3冲突。
2 内河港区段航道通过能力模型
2.1 可接受间隙理论
选取两个方向交叉的船舶流交汇点处代表, 推导船舶流交汇点处次航道通过能力计算模型, 对内河船舶流交汇处, 船舶避碰规则规定船舶在交汇时特定流向的船舶需停船等待以避免碰撞。参照各个避碰规则和船舶定线制的规定, 内河航道交叉口绝大多数满足某一流向的船舶具有优先通行权的情况。两个不同方向相交汇的船舶流在交汇点处由于其中一个方向的船舶通行不受影响没有延误, 只需研究另一个方向的船舶流的通过能力。
将航行规则中具有优先通行权、允许自由通行的流向定义为主流向;另一与之交汇的船舶流向定义为次流向。主流向上通行的船舶为“直航船”, 次流向上通行的船舶为“穿越船”。主流向上船舶自由通行, 当次流向的船舶穿越主流向时, 船舶的舵手观察到主流向上的某个船舶到达间隙h (船舶间时距) 大于次流向上船舶的临界间隙tc时, 船舶通过;否则在交叉口等待。若主流向上的船头时距h大于次流向上队首船舶的临界间隙tc和其后船舶的随船时距tf之和时, 则次流向上的第二艘船舶可跟随队首船舶通过交叉口;否则在交叉口等待。同理若主流向上的船头时距h大于次流向上队首船舶的临界间隙tc和 (n-1) 艘其后船舶的随船时距tf之和时, 则次流向上n艘船舶可结队通过交叉口。
2.1.1 交汇点不同交通流的相对优先等级
不同的交通流在优先等级上具有不同的级别。可接受间隙方法是以通过顺序遇到的阻抗来评价。一般可接受间隙方法假设主路或主交通流不受次要交通流中驾驶员的影响。对于单侧靠泊港区段航道单个泊位的情况, 主航道直行船具有优先通行权, 出港船舶优先于进港船舶。
2.1.2 临界间隙和随船时距
引用公路中对临界间隙和随车时距的概念[11], 航道中临界间隙或临界穿越间隙tc是指交汇处主流向船舶流允许次流向等待穿越船舶通过主流向的最小间隙。随船时距tf是指次流向排队船舶连续通过交汇处时相邻两船舶之间的时间间隔, 即船舶流在无其他船舶流冲突影响下以饱和船舶流通过交汇处的船头时距。临界间隙和随船时距是间隙接受理论的两个重要参数, 两个参数的大小对通行能力的计算有很大影响。由于实测难度较大, 可以采用理论推导方法推算。
由于考虑了驾驶员经验和航道条件、船舶特性的影响, 次流向船舶穿越交汇处时基本上会经过视觉观察、声响信号或高频电话交流、驾驶员反应时间 (0.5~1.5 s) 、驾驶员动作时间 (0.7~1.0 s) 和主机执行的时间 (4~6 s) [12]等与驾驶员经验和船舶穿越有关的准备时间t1以及船舶在安全航速下通过交汇处的航行时间t2, 临界间隙tc=t1+t2, t2=S/us, S为驶过交汇处的路程, us为安全航速。由于船舶跟随前一艘船舶排队通过航道交汇处, 驾驶员可以跟着前一艘船舶的航行特征进行操纵, 计算随船时距tf不考虑上述准备时间t1, 其大小主要与船舶领域的大小有关。随船时距tf=L/us, L为船舶领域或船头间距。
2.1.3 船头时距及其分布
船头时距即船舶时间距, 是指在某一观测断面前后两艘船舶到达的时间差, 即航道内前后两船舶船头时距[13]。国内对内河航道中船头时距的实测数据较少, 一般在船闸和大桥上观测, 且受船舶到达规律影响, 所以选用的船头时距分布模型也不同。不同模型基于不同的船舶到达规律和船舶特性, 而不同水域水系内不同航道的船舶到达规律和船舶特性也不相同, 所以不同的研究用途、不同内河航道应该采用不同的分布模型。
2.2 基本假设
对于两个不同方向的船舶流交汇处次流向通过能力计算模型, 作如下假设:
(1) 主流向上的船舶不受影响自由航行, 次流向上的船舶在临界间隙以内需要等待而不能通行, 但是当达到穿越条件时, 次流向上的船舶可单独或排队穿越交汇点, 当排队穿越时, 禁止次流向中发生追越情况, 单个方向流向船舶不存在并列航行的情况。
(2) 主流向船舶到达规律服从泊松分布, 主流向中船舶的船头时距h服从主航道交通流流率λ (艘/h) 的负指数分布, 其概率密度函数为
(3) 船舶流为同一运输方式 (机动、顶推、拖驳) 下的单一船型, 每种船舶 (队) 型所含驳船数相同且船型也相同, 船舶都是满载按照安全航速通过, 水文、气候等自然条件稳定。
(4) 驾驶员对主航道出现的可接受间隙反应一致, 反应和操纵时间一致。
2.3 通过能力模型建立
根据以上模型假设和可接受间隙理论, 对于主航道中船舶的船头时距h, 当tc≤h≤tc+tf, 允许次流向中一艘船舶通过交汇点;当tc+ (n-1) tf≤h≤tc+ntf, 允许次流向中n艘船连续通过交汇点, 则主流向一个船头时距内能够通过次流向n艘船舶的概率为
则主流向一个船头时距内次航道中通过交汇点的船舶数量的数学期望值为
而主流向的船舶交通流流率为λ (艘/h) , 即1 h内主流向提供λ个间隙, 于是每个小时内通过间隙的船舶交通量 (艘/h) 为
理想状态下船舶流交汇点处次流向单向小时理论通过能力为
式 (5) 中:Cbk为次流向单向理论通过能力 (t/h) ;λ为主流向的船舶交通流流率 (艘/h) ;W为标准船型船舶额定载重吨 (t) ;L船头间距 (船舶领域长轴) us为安全航速。
3 江苏省内河港区段航道通过能力
3.1 港区段航道参数
内河通航标准[14]规定, 内河航道的最小弯曲半径, 宜采用顶推船队长度的3倍或货船长度、拖带船队最大单船长度的4倍。在特殊情况下, 分别不得小于2倍和3倍。河港工程总体设计规范[15]对于总平面布置规定, 泊位长度应满足船舶安全靠离、系缆和装卸作业的要求, 其长度可按式Lb=L+2d, 式中Lb为泊位长度;L为设计船型长度;d为泊位富裕长度。江苏省内河航道代表船型与船型尺度见表1。
3.2 江苏省内河港区段航道通过能力计算
3.2.1 港区段船舶航程
为了一般性分析, 给出单泊位情况下流向冲突交通量以及行程, 主航道、进出港流向如图2所示。靠泊、离港的运行特性规定了:
(1) 同一泊位的进港流w1、w2不可能同时出现发生冲突;同理, 离港流w3、w4也不会同时出现发生冲突;
(2) w4流量离港时, 可能会与正在进港流w1方式冲突。
根据港区航道几何要素分析, 进出港回旋进出港的行程见表2。
3.2.2 临界间隙与随船时距
直行船舶的随船时距、临界间隙计算方法同交汇点计算。进出港船舶回旋半径取0.75 L (设计船队长度) , 回旋时移动速度, 取直行的50%计, 计算结果见表3。
3.2.3 港区段航道通过能力计算
假设航道两侧直行交通量相等, 进出港4个流向流量相等, 研究港区航道的通过能力, 表4仅列出Ⅱ级港区段航道通过能力表。
3.3 港区段航道通过能力分析
对计算得到的江苏省内河港区段航道通过能力进行分析, 研究直行饱和度与航道通过能力、进港通过能力, 航道通过能力与进港通过能力的关系, 绘制关系曲线图, 如图3~图5所示。
图3表明, 直行饱和度越大, 航道通过能力就越大, 且航道等级越高, 随着直行饱和度的增大, 航道通过能力也增大得越快, 即高等级航道受直行饱和度影响大;图4表明, 直行饱和度越大, 进港通过能力越小, 基本上航道等级越高, 随着直行饱和度的增大, 进港通过能力也减小得越快。
图5表明进港通过能力越大, 航道通过能力越小, 且随着进港通过能力的增大, 航道通过能力减小的速度逐渐减小。
4 结语
(1) 对航道港区段单侧靠泊进行了船舶流冲突分析, 讨论了基于“分道通航”规则航道港区段可接受间隙理论的可行性。
(2) 借鉴公路无信号交叉段通过能力计算方法, 分析并推导了航道港区段通过计算模型, 计算了江苏不同等级内河航道港区段通过能力。
(3) 通过对江苏不同等级内河航道港区段通过能力分析, 研究了直行饱和度与航道通过能力、进港通过能力, 航道通过能力与进港通过能力的关系, 研究表明, 随着直行饱和度的增大, 航道通过能力增大, 而进港通过能力减小;进港通过能力越大, 航道通过能力越小。
摘要：为研究内河港区段航道通过能力, 分析了内河港区段船舶流冲突特性, 讨论了可接受间隙理论在内河港区段实行“分道通航”规则下应用的可能性。借鉴公路无信号交叉口通过能力计算方法, 建立港区段航道通过能力模型。以单侧靠泊港区为研究对象, 计算了江苏内河不同等级航道港区段通过能力, 研究了直行饱和度与航道通过能力、进港通过能力, 航道通过能力与进港通过能力的关系。为内河航道规划管理部门在规划设计和航道管理时考虑内河港区航道的影响提供了参考与依据。
关键词：内河港区段,可接受理论,通过能力
间隙理论 篇2
作为近年来水上交通的重要组成部分,内河航运发挥了重要作用,所以需要对航道通过能力全面、系统的分析。在内河交通工程中,航道通过能力是一项重要技术指标,关系到航道规划等级的确定、现有航道服务质量、通航安全的评定问题。
目前国内外对航道通过能力的研究大多以单、双向基本航段的单航路船舶交通通过能力和船闸通过能力研究为主,并提出了多种航道通过能力计算模型;具体分为两大类:以单位时间内通过某一航段的最大货运量,即过货能力;以单位时间内通过的船舶艘数来表示基于船舶交通的交通通过能力,即过船能力。近年来考虑航道管理和服务的要求,引入航道服务水平的概念,使得港区和航道交汇段的通过能力研究成为了重点和难点。航道交汇段作为航道网的基点,其交汇段的交通条件复杂,船舶拥挤密度大,船舶易冲突和碰撞,往往成为限制航运发展的瓶颈,并影响整个内河水网的通过能力,所以这里对航道交汇段的通过能力进行研究。
航道交汇段属于多航路船舶交通,其交汇段可分为十字型、Y字型、T字型航道段。对多航路船舶交通的研究,日本稻石正明(2003)[1]等学者考虑船舶之间的联系建立了船舶行为集群模型。M.Numan ,H.ltohandYNiwa(2001)[2]开发了基于实际观测数据获得多PC机的实时交通模拟系统。余劲[3]等研究了船舶交通流的到船分布和船头间距分布特性。马勇、郑中义(2008)[4]等学者基于排队论推导了T型航路船舶的交通通过能力理论模型。杜状等[5]基于可接受理论推导Y字形航道交通通过能力理论计算模型。吴传站等[6]考虑交汇口航道领域折减变化的影响提出内河航道交汇处的通过能力的计算公式。
本文借鉴公路无信号交叉口通过能力[7]的计算方法,通过对内河交汇段航道特性和船舶特性分析,以可接受间隙理论为基础,建立了交汇段航道通过能力模型,并实例计算比较交汇段、基本段和船闸的通过能力,分析航道交汇段对航道通过能力的影响,给航道设计和管理部门提供一些参考。
1 船舶流特性分析
1.1航行规则
航道交汇段属于无信号多航路船舶交通,其交汇段可分为十字型、Y字型、T字型航道段。航道交汇段各相交汇的航道等级和航道尺度限制并影响通过交汇段的船舶吨位、船舶(队)尺寸,从而影响航道交汇段的通过能力。我国内河通航标准(GB50139—2004)[8]将内河航道按可通航的船舶吨级依次划分为3 000 t、2 000 t、1 000 t、5 00 t、300 t、100 t、50 t这7个等级,规定了天然、渠化航道和限制性航道尺度,推荐了代表船型(货船、驳船)尺度,以及代表船队编队队形。
交汇段的交通组织和避碰规则也是影响交汇段通过能力的重要因素。近年来我国内河航道管理部门按照与《国际海上避碰规则》接轨的理念,引入了各自靠右分道航行的原则,摒弃我国《内河避碰规则》[9]中“上行走缓流,下行走主流”的机动船航行原则,以解决航路交叉问题。在《长江江苏段船舶定线制规定》[10](后面简称《规定》)中,将所有沿规定航路行驶的船舶定义为“直航船”,而对产生交叉行为的船舶定义为“穿越船”,“穿越船”在交汇段为“直航船”让路。与以往相比,则没有现行《内河避碰规则》中“上行让下行”,“逆流让上流”,“干让支”,“居左让居右”等规定的麻烦,减少人员伤亡和船期延误,大大提高了航道通过能力,并降低了船舶事故交通发生率。
1.2船型与航速
内河船舶可以分为客船、货船、顶推船、拖船、驳船、运输辅助船、工程船等。船舶运输方式分为机动单船(自航船)、推(拖)驳船队两类三种。而不同内河水网航道内的船舶组成结构也不大相同。珠江水系以(含西江干线)自航船为主;黑龙江水系则分节驳船占一半以上;京杭运河以拖驳船队运输为主,占总运量的70%[11]。
船舶的航速依船型不同而不同,船舶满载时,船舶的最大时速为设计航速uf,内河船舶设计航速一般低于30( km/h)。京杭运河推荐的单船、船队设计航速分别为11、8(km/h)以上,川江基于急流航道考虑分别规定18、12(km/h)。在通过交汇段时,考虑船舶操纵性能、能见度、通航密度[12]对船舶安全的影响,船舶航速会相应降低,但航速过低,船舶操纵性能也随之降低,所以船舶要以能避碰的安全航速us通过航道交汇段。
1.3船舶领域和船头间距
不同于道路中汽车刹车减速的制动模式,船舶在航行过程中,遇到前方异常情况时,机动货船、顶推船队可以利用主机反向运转的倒车拉力进行紧急制动。而拖驳船队的拖轮、驳船之间常采用柔性连接,因此一般不采用倒车制动,只能依靠航行阻力,降低船队的航速。
考虑到船舶(队)的制动性能,船舶在航行过程中为了避免碰撞的安全要考虑保持的最小船头间距,又称为船舶领域。船舶领域有多种模型,考虑内河航道和桥梁的限制,采用三维的苏南运河船舶领域模型适合于本文研究的范畴。多位学者通过理论分析、现场实测、以及问卷调查等方法,得出结果列于表1中。
表中, Lm—机动单船长度;Lf—船队长度; Lb—最长驳船长度。
所以纵轴方向,由于交汇段船舶密度大,航速降低,又考虑船舶安全和制动性能,可取表2的船舶领域建议值,对于不同船型间的船头间距L可参照表2计算,计算结果如表3。
2 交汇段航道通过能力模型
2.1可接受间隙理论
国内外公路无信号交叉口采用主路优先通行次路等待通行的原则,对无信号交叉口道路通行能力研究表明,大多理论模型公式是基于可接受间隙理论展开的。在航道交汇口,《规定》中的“直航船”和“穿越船”类似公路交叉口的主路车流和支路车流,参照船舶定线制的相关规定,可将高等级航道、河流干道或者通航大型船舶的航道为主航道,另一相交航道为次航道,主航道上为“直航船”,次航道上为“穿越船”。主航道上船舶自由通行,以“十”字形交叉口航段为例(如图1),当次航道的船舶穿越主航道时,船舶(队)的舵手观察到主航道上的某个船舶到达间隙h(船舶间时距)大于次航道上船舶的临界间隙tc时,船舶通过,否则在交汇口等待;若主航道上的船舶间时距h大于次航道上队首船舶的临界间隙tc和其后船舶的随船时距tf之和时,则次航道上的第二艘船舶(队)可跟随队首船舶(队)通过交叉口;否则在交汇口等待,这就是可接受间隙理论。
2.1.1 船舶到达规律和船舶间时距
应用可接受间隙理论可以知道,次航道穿越船的最大交通流取决于主航道的船舶间时距分布。船舶到达规律直接影响船舶间时距分布,而不同水系不同内河航道的船舶到达规律不同。长江干线船舶到达规律呈泊松分布[17],船舶间时距为负指数分布;西江干线[3]呈正态分布,船舶间时距则为爱尔朗分布。
2.1.2 临界间隙tc和随船时距tf
临界间隙tc和随船时距tf作为可接受理论两个重要的参数,其大小对结果有很大影响,由于难以进行实测,可采用理论推导的方法推算。在实际航行中,穿越船驾驶员在通过交汇段前会通过视觉观察、声响信号或高频电话交流时间、驾驶员反应时间(0.5—1.5 s)、驾驶员动作时间(0.7—1.0 s)和主机执行的时间(4—6 s)[11]等准备时间,可取t1=15 s;以安全航速通过主航道的时间t2=S/us ,S—驶过交汇段的距离,则tc=t1+t2;而随船时距tf由于队首船舶已经考虑上述准备时间,则其后面的船舶只计算与前一艘穿越船舶的船头间距内通过交叉口的时间间隔tf,tf=船头间距/安全航速=L/us。
2.2基本假设
由于航道交汇口形式多样且实际情况复杂,为简化模型,作如下假设:
1)应用可接受间隙理论,交汇段为两垂直交叉冲突的船舶流,不考虑交汇口船舶转弯和航道非垂直交汇的影响,如图1,则S=W+Lf,W—主航道宽度;Lf—船队长度。
2)主航道船舶到达规律服从泊松分布,船舶间时距h服从主航道交通流流率λ(艘/h)的负指数分布,其概率分布函数为
3)交通流为单一船型构成,水文等自然条件稳定。
4)驾驶员对主航道出现的可接受间隙反应一致,反应时间一致。
2.3通过能力模型建立
根据以上假设和可接受间隙理论,当tc≤h<tc+tf,允许一艘船舶通过交汇口,当tc+(n-1)tf≤h<tc+ntf,允许n艘船舶连续通过交汇口,则主航道船头时距内能够通过次航道机n艘船舶的概率为
p(tc+(n-1)tf≤h<tc+ntf)=
p(h≥tc+(n-1)tf)-p(h≥tc+ntf)=
e-λ(tc+(n-1)tf)-e-λ(tc+ntf)=
(1-e-λtf)e-λ(tc+(n-1)tf)。
则一个主航道船舶间时距内次航道船队通过交汇段船舶数量的数学期望值为
而主航道的交通流流率为λ(艘/h),于是一小时内主航道提供λ个间隙,每个小时内通过的船舶流量为
q=
船舶小时通过能力
式(2)中,P—货船或驳船额定载重吨(t);Q—船舶吨位流量(t/h);W—主航道宽度;L—船头间距;Lf—船队长度;us—安全航速。
3 算例分析
长江尹公洲航段是长江江苏段著名的两个瓶颈航段之一,航行条件、通航环境复杂,是事故多发地段,属于典型“十”字型交汇段。它位于江苏省镇江市境内,上界为长江#107黑浮与长江#107红浮联线;下界为长江#99红浮与长江#99黑浮联线,全长约20公里。
3.1交汇段航道通过能力
3.1.1 主次航道的划分
由于经济发展,尹公洲航段的交汇口已不堪负荷长江和京杭运河的船舶交通量。为此海事部门提出开辟南北运河专用通道的方案,即在焦南航道焦山尾和京杭运河苏北段六圩河口之间的定易洲边滩上开凿航槽[18],并将航道整治后改为Ⅱ级航道的航道标准,如图 3,黑点线为专用通道,又为等让航道或次航道,与其相对垂直的长江航道为主航道。
整治后过江通道按Ⅱ级航道的航道标准,最大通航能力为2 000 t级船舶, 航宽 100 m, 设标维护水深4 m,长江航道航线有效宽度300 m左右,整治后可达400m。
3.1.2 模型参数
以2 000 t船舶为代表船型,结合《内河通航标准》、《京杭运河运输船舶标准船型主尺度系列》[19]、《江苏段船舶航速规定》和实际调查值,2 000 t船舶船长Lm为70～90 m,这里取Lm=80 m。设计航速uf一般可达16(km/h),安全航速为其设计航速uf的80%,us约为12.8(km/h),机动单船船头间距为3 Lm=240 m。
临界间隙tc=t1+t2=15+300/us≈122(s),随船时距tf=240/us=67.5(s)。
经调查[18],长江尹洲段主航道交通流流率3 000艘/d,包括大型船队40余支,以超过通航饱和程度,在对尹公洲航段整治意见中已经提出要开通和畅洲左汊水道, 预计通过整治,主航道交通流流率在开通和畅洲左汊水道的影响下,其交通流流率降低将40%,即1 800 艘/d,λ=75 艘/h。
3.1.3 次航道通过能力
根据公式(1)、式(2)计算。
q=
则日通过能力
37.6×104(t)。
3.2基本段航道通过能力
按苏南运河公式[20]计算Ⅱ级航道下以2000吨标准船型航道日通过能力。
C=24C′βVα1α2α3α4α5α6 (3)
式(3)中,C为航道日单向通过能力(t);C′为船队平均载重量(t);β为水运密度(船组数/km)=1 000/L,L为标准船组平均长度(含安全间隔);V为船队平均营运航速(km/h);α1为船流密度增大时,航行阻力增加引起的运量折减系数;α2为到发港不均衡影响船舶运量折减系数;α3为船舶因航道水深不足减载引起的损失系数;α4为船舶交会时引起的损失系数;α5为非货船影响系数;α6为非标准船型影响船队总吨位系数。所以经计算Ⅱ级航道下以2 000吨标准船型日通过能力W=240×104(t)。
3.3船闸基本通过能力
以过江通道苏北航段上的施桥一线船闸为例计算船闸通过能力,我国目前主要是依据《船闸总体设计规范》[21](JTJ 305—2001)(以下简称规范)确定船闸日基本通过能力。
式(4)中,n—日开闸次数,GM一次过闸最大吨位[22]。
施桥船闸现共有三线,单线的尺寸最大为260×23×5 m,而2 000 t船舶的尺寸一般为80×16～90×16 m,考虑船闸面积的利用率,所以一次可通过3艘,即GM=6 000(t),而根据对施桥船闸的观测资料知,日开闸次数n[23]变化波动接近常数,取为45,所以施桥船闸日理论通过能力为C=27×104(t/d)。
3.4通过能力比较
在相同等级航道标准,同一单一标准船型下,三种航段类型的通过能力结果列于表4。
由表4可知,同等条件下交汇段通过能力较基本段通过能力减小一半以上,但是大于船闸通过能力,由公式(1)可发现交汇段通过能力受船长、安全航速和主航道交通流率影响明显。所以在航道交汇段上下游的航道、船闸规划设计时,需考虑交汇段的影响。
4 结语
(1)航道交汇段交通复杂,讨论分析了交汇段航道特性和船舶特性,讨论了基于“分道通航”规则航道交汇段可接受间隙理论的可行性。
(2)借鉴公路无信号交叉段通过能力计算方法,分析并推导了航道交汇段航道通过能力计算模型,并计算比较同等条件下基本段航道、船闸通过能力。
(3)结果表明交汇段通过能力小于基本段通过能力,但大于船闸通过能力。分析了交汇段通过能力的影响因素,为内河航道设计、交通运输规划等相关领域的研究提供参考。
摘要：为研究内河交汇段航道通过能力,分析了内河交汇段船舶流特性。讨论了可接受间隙理论在内河交汇段实行“分道通航”规则下分析应用的可行性。借鉴公路无信号交叉口通过能力计算方法建立交汇段航道通过能力计算模型。以长江尹公洲“十字型”交汇航段为例,在条件相同下计算比较交汇段航道、基本段航道和船闸三种航段的通过能力。比较结果表明:交汇段通过能力小于基本段通过能力,但大于船闸通过能力;为内河航道设计、交通运输规划等相关领域的人员提供参考。
间隙理论 篇3
客户忠诚度研究从客户满意度研究引申而来, 客户满意是客户对消费过程的心理感受, 对消费品及其提供主体的情感可以概括为客户忠诚度。营销学泰斗菲利浦·科特勒认为, “市场营销是指在可盈利的情况下提供给顾客满意。”随着市场营销的深入, 营销实践表明忠诚度高的顾客往往伴随着重复购买行为和良好的口碑宣传, 这也意味着企业拥有稳定的盈利来源, 这正是市场营销工作追求的目标。Gremler and Brown给服务业客户忠诚所下的定义为:客户对特定的服务重复购买行为的程度和对其所怀有的积极的态度倾向, 以及在对该项服务的需求增加时, 继续将该服务商作为唯一选择对象的倾向。Gremler和Brown (1999) 也提出, 客户忠诚可以依据其程度深浅, 细分为三个不同层次:行为忠诚、意向忠诚和情感忠诚。行为忠诚是客户实际表现出来的重复购买行为;意向忠诚是客户在未来可能购买的意向;情感忠诚是客户对企业及其产品的态度, 其中包括客户会积极地向周围人士宣传企业的产品。本文也针对现实中存在的高的客户满意度并非必然带来高的客户忠诚度, 重复购买的客户也不一定对产品和企业忠诚, 忠诚的客户有时也并不总会重复购买。因而采用上述的定义和分类。客户忠诚的表现特征为积极的态度倾向, 重复购买和良好的口碑宣传。而对于企业来说, 企业营销最终的目标也是拥有行为忠诚的顾客。行为忠诚伴随着重复购买, 在合理的时间间隔内客户没有再次消费, 可能意味着忠诚度的缺失和客户的流失。
二、极限间隙理论
(一) 极限间隙理论介绍
银行的忠诚客户在合理的时间间隔内会再次取得银行的服务 (下文中把客户取得银行服务简称为客户消费) , 取得服务的频率取决于客户的消费特征和间隔开始时点购买量。客户的消费特征可以从银行客户资料中分析获得。最大的合理时间间隔称为极限时间间隙, 随着客户超过极限时间间隙未再次获得银行服务的时间越长, 客户流失的可能性就越大。这里所涉及的几个概念解释如下:
(1) 时间间隔△t:客户两次相临消费时间期间, 把纳入客户忠诚度计算的客户起始消费时点依次记为ti, 则△ti=ti+1-ti;
(2) 单位有效商品 (服务) 时间间隔△T:客户时间间隔与间隔起始时点的购买量的比值, 剔除无效变量因素的影响。客户第i个时间间隔起始时点的购买量记为qi, 则
(3) 客户极限间隙 (Customer Utmost Interval, CUI) TCUI:TCUI要通过银行客户消费资料分析获得。方法为将测定期间的客户单位有效商品 (服务) 时间间隔△T的最大值记为tmax, 银行根据客户情况设定极限间隙系数λ。则TCUI=λ·tmax;λ的是银行根据客户重要程度以及营销水平设定。对重要客户λ可小于1;不重要客户λ≥1。
(二) 极限间隙理论计算模型
(1) 客户流失指数dCUI:根据客户再次消费期间长短计算客户流失的可能性。在极限间隙时间内, 可以认为是忠诚的, 超过极限间隙时间, 客户流失的可能性增加。
n的确定可以根据客户个体, 或者客户类别计算。在计算时, 可以经过分析去掉对银行忠诚度不具价值客户数据, k的确定根据计算模型中客户个体或类别的重要权重, 个体或类别的权重要与各自确定的流失指数相对应。
三、极限间隙理论对商业银行营销工作的意义
在新形势下, 金融业也正在顺应市场经济的发展态势, 逐渐向买方市场转变。对于我国商业银行, 需要营销理念的深刻变革, 才能在环境变化中竞争制胜。相对于国外金融组织, 我国银行具有传统客户优势, 然而由于在为客户提供服务及服务产品上没有真正做到以市场和客户为导向, 不能有效识别客户需求, 为客户提供针对性和个性化的服务, 造成客户满意度与忠诚度建设上与外来金融组织服务水平上的差距。极限间隙理论贯彻的是在买方市场条件下客户至上的理念, 同时根据商业银行客户特征和我国商业银行所处环境和工作现状为出发点。极限间隙理论追求客户工作的持续改善为最终目标, 在实际工作中, 要对银行工作流程与资源进行以下有效整合:
(1) 有效识别客户需求。人们普遍有这样一个认识:“要更好地满足别人, 需要先知道别人需要什么。”这也正是营销领域中市场调研产生的根本原因。对商业银行来说, 客户交易信息是需要保留的基本资料, 客户对银行服务的感知, 对银行服务的认同程度, 对银行服务维度 (银行提供服务各个组成部分或环节) 的敏感度以及客户期望服务水平是银行应该进行调查的, 先从重要客户入手, 然后逐渐覆盖到所有类别客户群体, 建立客户类别特征数据库资料, 进而辐射到各个个体。这就要求在银行日常工作中, 除了进行设计得当的客户调查外, 银行职员在不断改善服务的同时作为客户反馈的“第一调查员”, 并在不影响为客户服务的前提下进行实时调查或安排座谈会等。这是在银行服务逐渐同质情况下, 持续改善服务水平的需要。可以设想, 如果要以客户作为一切工作的出发点和立足点, 追求客户忠诚度水平的不断提高, 必须先通过自身工作的持续改善来实现, 这就需要真正走向客户, 并挖掘客户深层诉求, 甚至引导客户消费。
(2) 对客户进行分类, 设计有针对性的营销组合策略。根据营销人员对客户忠诚度的分类:垄断型-由于客户选择的有限性而不得不忠诚;节约型-根据选择综合成本的选择;激励型-因为消费中常见的优惠活动而保持忠诚;习惯型-由于消费习惯的选择;忠诚型-情感和行为的忠诚的统一, 是企业最有价值的客户。当前在服务领域营销组合策略被总结为7P, 这里借用其中的5P并进行改造成为七个因素:服务 (产品) 、 (服务) 价格、服务渠道、人员、过程、形象识别和品牌认同。服务渠道有柜台服务、客户经理、ATM、POS及网上服务等。人员因素为银行职工服务态度和服务水平, 影响人员的变量为人员素质, 人员对银行和工作的认同感;过程为服务流程, 包括客户与银行设备和人员的接触点和所需时间及其组合等因素。形象识别是银行以统一的形象设计其标志, 各种有形的识别标志。品牌认同为消费者获悉的银行所传递的经营理念、总体实力以及前述六个因素等的综合感知, 会影响消费者心理归属因素。对垄断型忠诚客户, 通常关系纽带一旦断裂, 容易永远失去, 要注意人员和品牌认同建设。对节约型忠诚客户, 通过开设多途径的便利服务, 注意服务价格和服务渠道建设。对激励型忠诚客户设计“计分卡”等奖励措施, 注意理财产品和服务价格建设。对习惯型忠诚客户, 注意人员、过程与品牌认同建设, 同时开展形象识别宣传。对忠诚性忠诚客户, 纳入银行的价值体系建设, 增加人性化服务内容, 不断进行金融创新, 为客户设计理财计划建议。上述措施是在识别客户需求基础上, 针对各种类型客户忠诚度建设时有所侧重, 具体到营销工作中, 要逐步全面提高, 不断提高忠诚型客户忠诚度建设, 力求忠诚型客户的增加, 达到客户群的辐射作用, 作为银行营销工作的延伸。
(3) 对商业银行营销工作的进一步考虑。极限间隙理论要求商业银行的一切工作从客户的需求出发, 把客户作为银行工作优劣的“裁判员”, 为银行工作提出了更高的要求和持续改善的标准和动力, 这就要求商业银行内部加强对员工的培训、业务流程的重整与再造等。在工作方式上, 由于以每个个体作为考虑和测评对象, 要求提供个性化的服务;对具有服务同质型客户, 建立工作小组提供服务可能更有效率;对重要客户, 银行要建立客户经理负责制。在绩效考核上, 商业银行可以把银行客户流失指数作为工作状况恶化的预警指标, 并把忠诚度 (满意度) 指标的持续改善作为银行发展和绩效考核的依据。
摘要：当前我国银行业要融入金融全球化浪潮, 一定程度上讲, 是同国外金融组织争夺客户的竞争, 如何提供满意的服务, 进而获得忠诚的客户, 是竞争制胜的关键。极限间隙理论从客户忠诚的特征中直接对行为进行分析, 作为商业银行评价客户忠诚度的依据, 然后有针对性地设计营销策略, 进行客户忠诚度建设。
关键词：商业银行,客户忠诚度,极限间隙理论,营销策略
参考文献
[1]汪纯孝, 韩小芸, 温碧燕.顾客满意感与忠诚感关系的实证研究[J].南开管理评论, 2003, (4) :70~74.
间隙理论 篇4
关键词：间隙测量,电容法,电磁法
0 引言
控制某类型长间隙工件的间隙大小是该类型工件制造工艺的主要关键技术之一, 在其制造工艺中必须对该长间隙进行100%的无损检测。该类型工件间隙设计参数一般为几个毫米, 间隙整体长度可达1米以上。目前采用的长间隙测量方法主要有非接触式电容法和接触式电磁法, 为实现上诉类型工件间隙的高精度测量, 因此开展了该两种测量方法的对比研究。
1 测量原理对比
1.1 电磁法测量原理
霍尔片在磁场中, 通以恒流, 产生感生电动势的现象称为霍尔效应。其数学表达式为:
式中, U为感生电动势;K为霍尔片参量, 由霍尔片本身决定 (在温度一定时, 为定值) ;I为恒流;B为霍尔片所处磁场。
间隙测量专用探头上所载霍尔片和磁片的间距值与间隙值一一对应, 决定了霍尔片所处磁场B;在室温下, 探头通以恒流I, 产生的感生电动势U由霍尔片所处磁场B决定。因此, 通过检测感生电动势可得对应的间隙值。
1.2 电容法测量原理
探头伸进工件间隙内, 探头与组件上下表面形成微小电容, 电容的值与间隙的宽度有关。通过对微小电容的相对测量, 从而实现对工件间隙的测量。
当极片电容传感器插入工件的间隙时, 传感器极片与间隙的上板间距离d1, 电容C1;传感器极片与间隙的下板间距离d2, 电容C2。两个电容C1、C2串联为串连形式, C1和C2串连电容之和定义为C, C的大小只与间隙值d1+d2之和有关, 理论推导公式如下:
C:传感器极片与间隙的上板间电容, F;
d1:传感器极片与间隙的上板间距离, m;
S:传感器极片与上下板互相遮盖的面积, m2;
e:空气介电常数, F/m。
C2:传感器极片与间隙的下板间电容, F;
d2:传感器极片与间隙的上板间距离, m;
将公式 (1) 和 (2) 带入公式 (3) 则有:
从公式 (4) 中可以看出, C的大小只与间隙值d1+d2之和有关。通过对C的测量即可实现对工件间隙的测量。
2 测量技术优缺点对比
电容法和电磁法测量技术优缺点对比: (1) 测量方式:电磁法采用接触式测量法, 完成的是点对点的测量;电容法采用非接触式测量, 完成的是面对面的测量。 (2) 探头测量方式:电磁法由于采用接触式测量法, 探头容易损伤;由于采用非接触式测量, 探头耐磨性较好, 不易损坏。 (3) 检测效率:电磁法采用双通道进行数据采集, 效率高;电容法采用单通道采集, 效率较低。 (4) 测量值反应的意义:电磁法测值仅与被测件 (非磁材料) 的结构有关, 反映的是空间间隙;电容法测值反映的是金属层之间的距离, 且被测件必须是金属。 (5) 抗干扰性能:电磁法没有进行如温度补偿电路等抗干扰电路的设计, 抗干扰能力较差;电容法设计了平衡探头, 仪器漂移较小, 带调零、校准功能, 稳定性好, 抗干扰能力较强。 (6) 自动化程度:电磁法设计了传动装置, 可以进行自动化测量;电容法没有传动装置, 目前采用手工测量。
3 系统误差分析及检测结果数据对比
系统误差分析:
测量标准块是用于绘制标定曲线和校验仪器读数用的必备部件。标块结构能够模拟被测工件的结构, 间隙范围要含盖我们的测量范围, 切需要有足够高的精度以确保标定曲线的正确性和校验仪器的可靠性。为此我们设计了如下专用间隙标块。间隙值为1.60mm、1.65mm、1.70mm、1.75mm、1.80mm、1.85mm、1.90mm、1.95mm的标定试块, 材料为不锈钢、黄铜和铁各一套, 间隙3的上下面的平面度、平行度皆为±0.01mm。以下试验数据均采用测量标准块进行测定。
(1) 电磁法系统精度实验
通过大量标准测量块进行间隙测量, 实验结果显示:间隙测量系统误差不大于±0.03mm, 仪器稳定性好, 重复多次检测, 其相对应各点的数据不超过±0.03mm。
(2) 电容法系统精度实验
实验均采用间隙标准测量块的测试数据。在检测状态下, 重复测量不同的间隙标块5次, 统计出平均值。
选择偏差最大的一组测量数据如下:
最大值:1.39mm;最小值:1.35mm;平均值:1.36mm;最大偏差:0.03。
根据GJB3756—99《测量不确定度的表示与评定》, 一般情况下, 样本N<6时, 推荐使用极差法计算实验标准偏差。
按公式:S= (Xmax-Xmin) /Dn;U1=S/;Dn极差系数为2.33;N为5
合成标准不准确度:
测量不确定度 (扩展不确定度) :
按公式:U=KUc;K为包含因子, 工程应用中一般取2, 其置信水平约为0.95;
测量结果的最终表述:置信水平为0.95时, 测量不确定度为:0.03mm。
4 结论
目前, 长间隙工件间隙测量所采用的电容法和电磁法两种测量技术, 具有仪器稳定可靠, 测量精度高, 操作方便, 输出数据齐全直观, 自动化程度高等特点, 总测量误差小于±0.03mm, 是间隙检测可行并且较好的方法。
目前的研究方向应不断改进电容法测量技术, 并采用电容法代替电磁法。改进的方面有:探头尺寸改进, 自动检测方法设计, 数据采集软件编制等, 还需要进一步深入研究, 更好的为科研生产服务。
参考文献
[1]强锡富, 传感器[M].3版.机械工业出版社, 2001.
[2]全泽松, 电磁场理论[M].电子科技大学出版社, 1995.
[3]贾泊年, 传感器技术[M].东南大学出版社, 1992.
[4]方敏佩, 新编传感器原理、应用、电路详解[M].电子工业出版社, 1994.
[5]杨三序.基于四相检测技术的微电容传感器[J].传感器技术, 2003.
超差间隙焊接工艺 篇5
由于多种原因, 在造船或修船过程中, 经常会有焊缝间隙不符合相关标准, 出现超差的现象。
参考典型对接焊坡口加工修理 (《AICS国际船级社协会船舶建造及修理质量标准》) 以及对接接头偏差 (《中国造船质量标准》) :
对于超差处理如下:
5
16
a>25换板, 重新装配
我们在处理16
通过试验, 我们利用陶瓷衬垫托住焊缝, 采用单侧堆焊的方法, 使焊缝间隙达到标准要求, 此工艺通过多次试验证明是可行的, 并应用于生产中。
1 焊前 (本文以立焊位置介绍, 其它位置类似)
(1) 焊接设备
焊接电源、送丝机构以及CO2焊枪
焊接电源一般采用船厂常用的额定电流为500A平特性直流电源
CO2焊枪采用350A鹅颈式焊枪
(2) 材料
母材:EH36 (板厚20mm)
焊丝:Supercored 71药芯焊丝 (Φ1.2mm)
陶瓷衬垫:浙江象山陶瓷衬垫 (JN-402)
(3) 坡口间隙16
2 焊接操作要点
(1) 清理焊缝周边20mm内的所有油、锈、水份等焊接有害物质。
(2) 反面用马板刚性固定, 两头装上与与母材板厚相等引熄弧板。
(3) 反面衬垫贴完后, 用钢板条将衬垫托住并用铁锲固定, 预防在焊接过程中衬垫过热脱落。
(4) 气体流量控制在15～25L/min之间, 过大或过小会对焊缝造成保护不良, 影响整体质量。
(5) 选择合理的电流电压, 尤其是靠陶瓷衬垫的一面打底时电流一般控制在120～130 (A) , 电压一般控制在22～26 (V) , 填充盖面层电流电压要适当加大。
(6) 焊丝干伸长度一般控制为15～20mm, 以免会出现气体保护不良或熔合不良等现象。
(7) 焊枪焊接角度为上下70°～80°, 左右方向在单面坡口与陶瓷衬垫中间。
(8) 焊接过程中, 根部靠堆焊时, 尽量依靠母材单边进行, 否则容易出现焊瘤, 或电弧直接对着陶瓷衬垫, 焊接过程中产生断弧。
如不易控制时, 可做反复断弧焊接, 为了反面成型的良好, 注意断弧时间不宜过长 (防止反面出现收弧裂纹) 。
(9) 整个焊接过程中层间温度控制在250℃以下。
(10) 每道堆焊完成, 清理焊渣飞溅时注意不能损伤反面的陶瓷衬垫。
(11) 堆焊完工时注意留6～10mm的间隙, 撕掉反面的陶瓷衬垫, 清理完焊渣飞溅。
(12) 打磨坡口面符合坡口质量标准要求。
(13) 打磨背面焊缝, 保证能贴上新的陶瓷衬垫。
(14) 正常焊接。
3 试验结果
焊后试板经探伤、理化等多次试验, 均符合相关标准要求。
在此基础上, 我们做了相应的工艺评定, 包括平焊、立焊、横焊等, 均通过试验, 并通过相关船级社的认可。
4 结束语
此工艺在实际生产上多次运用, 表面、UT、RT等检测均符合相关船维社标准要求, 证明了此工艺的合理性及有效性。
摘要：本文论述的是:对于间隙16<a≤25的焊缝, 我们可以利用陶瓷衬垫进行单侧堆焊, 使焊接间隙达到规定的要求, 从而解决了焊接问题。
关键词：超差间隙,堆焊,陶瓷衬垫,CO2气体保护焊
参考文献
[1]《中国造船质量标准》
间隙调整系统优化方案 篇6
回转式空气预热器是指转子旋转而风罩固定的一种空气预热器。自锅炉炉膛排出的高温烟气自上而下流经预热器转子一侧时, 加热转子中的蓄热元件。当已加热的蓄热元件随转子转到另一侧 (空气侧) 时, 冷空气从下往上流经蓄热元件, 把热量带走, 从而达到预热冷空气的目的。由于转子受热时上下存在温差, 发生蘑菇状变形, 使上部扇形板与转子径向密封片间的间隙增大 (见图一) 。
由于密封间隙增大, 造成空气预热器的泄漏量增加, 从而使能量损耗增大。如果控制住了漏风量, 就可以在不增加送风机能耗的情况下, 保证锅炉的总风量供应。
间隙调整控制系统通过测量并调节空预器上部扇形板与转子径向密封片之间的间隙, 以保证在任何运行工况下, 该部的间隙保持一定量, 从而减少了漏风量, 达到节能降耗、提高整个机组效率的目的。该系统主要有高温间隙测量探头、电动提升机构和控制系统组成。
本文主要介绍通过对高温间隙测量探头的优化, 进一步优化整个控制系统。
2 传统的间隙调整系统工作原理及不足
传统的间隙调整系统是在扇形板外侧直接安装高温间隙测量探头, 依据电涡流测距原理测量扇形板与转子径向密封片之间的距离, 并把测量电信号送入控制系统, 转化为距离信号。控制系统通过逻辑运算, 当测量距离大于设定距离时, 控制系统输出电信号, 通过固定在扇形板上的提升机构下压或提升扇形板, 使扇形板跟踪径向密封片变化, 缩小二者之间的间隙至设定值。
这种间隙调整系统在运行中主要存在以下不足:首先高温间隙探头线型测量距离短, 仅为0~10mm或0~15mm, 无法满足径向密封片从中心轴到边沿的不规则变形 (转子径向密封片直径长度因锅炉容量不同而不同, 由几米到10多米不等) , 以致当间隙调整系统根据测量距离驱动执行机构调整扇形板上下位置时, 可能会出现没有调整到设定距离前, 扇形板中心部位与径向密封片发生磨蹭现象, 使电机工作过载而无法调整;其次高温间隙探头安装在空预器内部, 工作环境温度很高, 高温间隙探头出现故障时无法在线检修, 只能等机组停运后检修, 大大降低了系统的投用效率。
3 优化方案
3.1 硬件调整
将高温间隙测量探头改为高精度位移传感器, 该高精度位移传感器通过机械结构将扇形板与转子径向密封片之间的距离变化转化到空预器外部机械距离变化, 通过普通常温高精度位移传感器即可检测上述外部距离变化, 配装的高精度位移传感器产品成熟、检测距离大, 且有0~40m m、0~80m m、0~150m m等多种规格, 本处根据需要选择0~80m m。
高精度位移传感器与高温间隙探头相比较, 存在如下优点:
1) 测量范围大, 能够满足不同容量空预器扇形板与转子密封片热态变形距离的测量;
2) 高精度位移传感器电子测量元件由于安装在空预器外部, 温度低, 工作寿命长, 市面产品成熟, 可以直接采购使用, 减少了研发时间;
3) 高精度位移传感器整套机构除外保护筒, 全部可在线取出拆除, 实现了在线检修, 大大提高了系统的利用率;
4) 由于高精度位移传感器机械机构全部采用耐高温、耐磨不锈钢加工, 使用寿命长。
3.2 软件优化
为进一步在保证测量精度的前提下, 提高使用效率, 根据试用实际工况对控制程序进行了优化:1) 将时时在线检测优化为间歇式下探检测, 既保证了检测要求, 又减少了高精度位移传感器滚轴的摩擦损耗;2) 将执行机构的电机的连续驱动调整优化为间歇式步进调整, 减少了电机频繁正、反动作, 延长了使用寿命;3) 增设高精度位移传感器工作异常、转子停转、电机过载等信号的联锁和保护功能, 避免了扇形板和径向密封片的严重摩擦事故, 保证了空预器的平稳运行和投运设备的安全。
4 应用效果
基于装配的间隙配合设计 篇7
在某油泵结构中,组成零件有一个泵座,并在泵座内放置了一个摩擦片、一个泵体、一个密封板和一个盖板。在此结构中,装配关系为轴孔间隙配合,如图1所示。在对样品试装配时,出乎意料地发现泵体在装配过程中容易卡在泵座中,装不进去也退不出来。虽然用手慢慢对准泵座轴心往下放泵体还是能够装配的,但基于批量生产的考虑,必须改善此种装配方式。在设计期间,由于是间隙配合,已经保留了间隙量,因而没有人想象到实物会如此难装配,其主要原因是没有考虑到实际的装配过程,仅仅看到了装配后的情况。
1案例分析
该问题可以简单描述为将一个圆盘放入孔座中,由于圆盘和孔座轴心线偏转以至于相互顶死,如图2所示。当圆盘上的一个点P接触孔座时,圆盘上距离P点最远的点Q最有可能碰到孔座壁,于是导致顶死,无法推动圆盘继续移动。
如果要避免顶死的可能,如图3所示,需分别从(a)和(b)两个方向考虑来改善,其目的都是为了使Q点没有机会碰到孔座壁。图3(a)减小了圆盘有效配合长度,将Q点靠近P点,使得圆盘无论如何倾斜也不会发生P、Q两点同时接触孔座的情况。
除了以上减小圆盘高度的方法外,还有一个有效方法,即加修饰倒角特征,如图4所示,它的好处是不需要改变间隙配合的设计间隙值。
另外一个常用方法是可以在圆盘的外圆周上做切边特征,如图5所示,形成较小插入过程中的最大弦长。
2解决方案
考虑到产品功能需求,泵体整体高度不能减小,故对以下三种方案进行分析。
方案一:放大配合间隙,计算所需要的间隙值,如图6所示。泵座设计变更:由原来的38.005增加到38.268。由于间隙放大得过多,会由于内部泄漏导致泵油功能失效,所以方案不可行。
方案二:计算装配不卡死所需要的最大有效配合高度,如图7所示。可采用添加修饰倒角的方案(图4)。
由于泵体为粉末冶金零件,从工艺上仅能将原来的5 mm高度修饰深度为2 mm的倒角,此时如图8所示,h1=3 mm,仍大于2.22 mm,不能100%解决问题。
方案三:组合添加修饰倒角和切边处理的方式(图4和图5)。增加2 mm的倒角后,有效配合高度3 mm(图4),再做切边特征(图5),最终解决了该问题。
切边特征会增加装配后轴和孔的偏心值。如图9(b)所示,如果假设3点接触模型,十字符号1为包络圆圆心,十字符号2为修改前被包络整圆圆心,十字符号3为被包络圆切边后的圆心,间隙配合的偏心即包络圆圆心和被包络圆圆心距离。切边后,圆心会从2偏移到3处。如图9(b)所示,由于三角形的外接圆已经跑出包络圆(最大圆),所以配合后偏心量增大。但是可以通过设计弦长长度来控制装配后偏心量的偏移。在本案例中,设计弦长75°最大,偏心量增大最恶劣情况下仅仅为0.021 4 mm,满足功能要求,从数值上来看,跟单纯增大间隙量+0.263/2相比要小得多。
3结语
在间隙配合设计中,尤其是在具有较长配合长度的情况下,可能会发生在装配过程中容易卡死的现象,从而不利于装配。通过分析比较可知,减小有效配合长度是最为有效的,而且不改变装配后的径向间隙。其次,切边特征也比增大配合间隙有效。遇到类似的问题,建议不要仅仅从增大配合间隙的方向来解决,在某些过盈设计中,也可通过类似结构改善装配性。
参考文献
[1]文超珍.公差与配合[M].北京:机械工业出版社,2013.
[2]李文广,费振桃,蔡永雄.离心油泵叶轮口环间隙对性能的影响[J].水泵技术,2004(5).
[3]宋国岩,李学光.过渡配合中出现过盈、间隙配合概率的计算[J].煤矿机械,2005(4).
[4]李晓沛.尺寸“极限与配合”的设计与应用标准应用指南(二)[J].机械工人:冷加工,2000(9).
[5]刘书胤,杨曙东,吴亮,等.大通径滑阀阀体强度与配合间隙的优化设计[J].液压与气动,2012(5).
[6]陈入领.稳健设计进程策略的研究及实践[D].杭州:浙江大学,2003.