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

1. PROBLEMY KONTAKTOWE WRÓT ŚLUZI INNYCH ZAMKNIĘĆ WODNYCHW ŚWIETLE BADAŃ I DOŚWIADCZEŃ TERENOWYCH - praca doktorska - autor: Mgr inż. Ryszard Daniel promotor: Prof. zw. dr hab. inż. Eugeniusz Dembicki Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

2. 2 TREŚĆ: Miejsce zagadnień kontaktowych w projektowaniu Dobór załżeń, typu wrót i stref kontaktowych Układ konstrukcyjny, rodzaje podparć i poziomy kontaktu Systematyka obciążeń wrót i ich stref kontaktowych Wybrane problemy kontaktowe Badania laboratoryjne kontaktu wrót śluz Koncepcja wrót wiszących Wnioski i zalecenia Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

3. FAZA PROJEKTU REZULTAT ZAGADNIENIA KONTAKTOWE faza INICJOWANIA Ogólna koncepcja  Zwykle jeszcze nie rozważane  Wybór typu wrót i typu ich napędu  Wymagana szczelność wrót  Lokalizacja, charakter i warunki stref kontaktowych (badania) ŹLE  Studia wstępne: nie rozważa się  Projekt roboczy: tak – mała swoboda rozwiązań, “mission impossible” faza DEFINICJI Założenia projektowe  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.  Wykonawstwo, montaż i rozruch Studia wstępne, projekt roboczy faza PROJEKTOWA DOBRZE  Uwagi w planie utrzymania ruchu  Przeglądy, czyszczenie, doraźna wymiana, smarowanie itp.  Rysunki wykonawcze, tolerancje, zamówienia materiałów, atesty itp.  Produkcja, testy i montaż kontaktów  Rozruch, pomiary, dokumentacja faza REALIZACJI Produkcja i montaż wrót DOBRZE faza UŻYTKOWANIA Zadowalająca praca wrót  Priorytet w planie utrzymania ruchu  Regularne (nie doraźne!) przeglądy, pomiary, prace utrzymania ruchu  “Feed-back” dla nowych projektów Jaz Hagestein na Renie Śluzy Orańskie w Amsterdamie 3 MIEJSCE ZAGADNIEŃ KONTAKTOWYCHW PROJEKTOWANIU Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

4. d) a) b) parcie wody parcie wody h = b/3 b b b b 4 Przykład: Wybór wrót dla 2-giej Śluzy na Mozie w Lith DOBÓR ZAŁOŻEŃ, RODZAJU WRÓTI STREF KONTAKTOWYCH Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

5. 5 Przykład: wrota wsporne UKŁAD KONSTRUKCYJNY, RODZAJE PODPARĆ I POZIOMY KONTAKTU (1) Obciążenia poziome Obciążenia pionowe Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

6. Europoortkering Maeslandtkering 6 UKŁAD KONSTRUKCYJNY, RODZAJE PODPARĆ I POZIOMY KONTAKTU (2) • Poziomy kontaktu: • system  komponent  segment  nierówność Podparcia punktowe, liniowe, powierzchniowe, … (szkoła “purystów” i “naturalistów”) • Wrota ryglowane, szczelność wrót, kontakty prowadnic i zderzaków, wpływy reologiczne, termiczne i inne Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

7. Zasada: Obciążenia globalne wrót Obciążenia kontaktowe …wyjątki u R y Obc. maksymalne od IJsselmeer u R x P x z 7.10 d R y y 3.07 x u u R R 0.20 y y Ciężar własny, tuż przed zamknięciem Obc. maksymalne od Markermeer 6.75 2.25 d Ciężar własny, wrota otwarte R x F F u c Naviduct Enkhuizen c u u u Sprężenie wrót cylindrem napędu R u R R Przeszkoda między bramą a progiem y y R R Przeszkoda przy ścianie, pływająca u x F R x R x c x y u F R u x x R F x y 0.55 0.55 P 1.00 1.00 4.50 7.10 7.10 7.10 d x d R R G y y F d R y d 7.12 x R z x y 0.20 0.20 x 0.20 6.75 F d 2.25 d 2.25 R x R y 6.75 x 7.10 7.10 G 7.10 d d R R y y 3.00 d R 7.12 x d R R z 0.20 0.20 0.20 x 6.75 2.25 6.75 2.25 R d R z x u R “Negatywne” obc. przy śluzowaniu y F c u R x P x 7.10 d R y 2.75 0.20 6.75 2.25 d R x 7 SYSTEMATYKA OBCIĄŻEŃ WRÓTI ICH STREF KONTAKTOWYCH Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

8. Poziom systemu i komponentu Poziom segmentu i nierówności a) c) powierzchnia gładka materiał twardy “A” … miękki … nieobrobiona d) b) adhezja powierzchnia gładka • SEGMENT, NIERÓWNOŚĆ: • Małe lokalne powierzchnie kontaktu (duże naprężenia) • Kierunki nieprostopadłe do płaszczyzn kontaktu • Wartości i kierunki losowo rozłożone, nie ze statyki • Niejednorodność materiału • SYSTEM, KOMPONENT: • Obciążenia punktowe lub rozłożone w sposób ciągły • Kierunki prostopadłe do płaszczyzn kontaktu • Wartości i kierunki obciążeń z warunków statyki układu • Jednorodność materiału 8 WYBRANE PROBLEMY KONTAKTOWE (1) Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

9. śruby M16 tradycyjnie: oś Φ 200 842 drewno: Azobé ~200 x 150 a powłoka AlMg5 na a = 100 a Naviduct: uszczelnienie 20÷25 ramię napędu 600 oś Φ 200 UHMPE AISI 316L 120 x 100 Ra < 0.8 μ śruby M16, uszczelka OP29 # 50 x 12 maszy- nownia 2 x uszcz. SA2 Trelleborg Bakker 9 Naviduct - Szczelność wrót wspornych odwrotnie obciążonych WYBRANE PROBLEMY KONTAKTOWE (2) Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

10. Bezpośredni powód: P2 a) Płyta pod prąd P2 P = P2 - P2 = 0 wypór = 0 P = P2 - P1 = ΔP wypór! P1 głowica czopu P1 b) Płyta z prądem P2 P1 P2 P2 P2 trzon czopu h c)“Faltwerk” P1 a) p = ρ·h, mały wypór ΔP ΔP = P2 - P1 ΔP starcie “gwintowe” Próbki: c) b) 10 BADANIA LABORATORYJNE KONTAKTU WRÓT ŚLUZ (1) Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

11. 11 BADANIA LABORATORYJNE (2) KONTAKTU WRÓT ŚLUZ Współczynniki ścieralności k Próba ścieralności: Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

12. wsporne  jednoskrzydłowe  12 KONCEPCJA WRÓT WISZĄCYCH • ZALETY: • Obciążenia pionowe poza łożyskami • Dłuższa żywotność stref kontaktu • Brak/mniej zjawisk zmęczeniowych • Estetyka, ekspresja Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

13. 13 WNIOSKI I ZALECENIA (1): Odkładanie zagadnień kontaktowych do etapu projektu szczegóło-wego jest błędem. Zagadnienia te mają zbyt duży wpływ na pracę całych ustrojów wrót i ich otoczenia. Należy im poświęcać uwagę już od etapu formułowania założeń projektowych. Wrota zamknięć wodnych przyjmują nie tylko różne pozycje ale i różne układy statyczne w czasie pracy. Wynika to ze zmian miejsc i charakteru kontaktu. Różnorodność tę należy w pełni uwzględnić tak w projektowaniu jak i w utrzymaniu wrót. Zagadnienia kontaktowe należy – zależnie od stadium projektu – rozpatrywać na różnych poziomach. W niniejszej pracy proponuje się 4 poziomy: systemu, komponentu, segmentu i nierówności. W przeciwieństwie do samych wrót, elementów kontaktowych nie wystarczy projektować w oparciu o analizę naprężeń i odkształceń. Kryteria dodatkowe to m.in.: ścieranie, adhezja, tarcie, wydzielanie ciepła, utwardzenie zgniotowe, “stick-slip”, drgania itp. Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat

14. 14 WNIOSKI I ZALECENIA (2): Obecnie istnieje szereg programów komputerowych symulujących zachowanie się stref kontaktowych. Załączony do pracy program autora, DISCO, umożliwia modelowanie takich stref oraz innych nieciągłości w układach prętowych. Obok doświadczeń terenowych – w tym i z pokrewnych dziedzin (np. łożyska sterów okrętowych) – w pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych autora nad kontaktami wrót śluz. Szczególnie niekorzystne w łożyskach wrót jest łączenie obciążeń normalnych (radialnych) i stycznych (osiowych). Ich rozdzielenie daje m.in. oszczędności w utrzymaniu i przedłuża żywotność wrót. Przykładem jest przedstawiona koncepcja wrót wiszących. Wzrost wagi zagadnień kontaktowych wynika także z zebranych w pracy danych statystycznych. Zagadnienia te zajmują 1-sze miejsce w grupie przyczyn mechanicznych przerw w pracy śluz, wyraźnie wyprzedzając np. uszkodzenia konstrukcji wrót. Politechnika Gdańska Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Bouwdienst Rijkswaterstaat