液压驱动拐臂式翻板闸门的设计

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1、液压驱动拐臂式翻板闸门的设计液压驱动拐臂式翻板闸门的设计甘肃省水利水电勘测设计研究院730000马文俊摘要：本文比较了新型翻板门与传统翻板门的优缺点，介绍了新型翻板闸门的设计构想， 技术难点以及解决方案。传统翻板门的主要工作是泄洪，闸门采用水力控制，在闸门中下部设置转动轴，当转动轴上部闸门的水压大于下部的水压时， 闸门便可在水压力作用下自行打开进行泄洪； 受到结构的限制，闸门只能全开或全关。同时，由于闸门采用水力控制，没有启闭设备，多年使用后闸门转动轴处会产生锈蚀，从而影响翻板门的运行。笔者对翻板门进行了分析研究， 从结构上对翻板闸门进行了改进， 并配置了启闭机使得新型翻板闸门更灵活，更好操作

2、，适用性更广，不但可以用于泄洪，还可用于排漂和排冰。为此撰文介绍新型翻板闸门的设计思路和技术难点，请广大设计同行批评指正。新型翻板闸门的结构是在平板钢闸门底部设置转动支铰， 闸门的开启、 关闭是门体绕转动支铰旋转，闸门可在 0o90o范围操作。新型翻板闸门设置了启闭机，在泄洪时，泄洪流量可以得到准确的控制， 同时也避免了传统平板闸门局部开启引发的撞击； 在排漂时可以小开度打开闸门，用较少的水量将漂浮物冲走。以下以设计实例说明新型翻板闸门的设计过程：某电站在溢流堰顶设置 1 孔排漂孔， 排漂孔用于泄洪、 排漂和排冰， 排漂孔采用此种新型闸门， 闸门孔口尺寸为 83.6m （宽高），堰顶水头 3m

3、，设计过程如下：一、初步确定方案根据以往闸门设计经验， 初步假定闸门门体厚度 0.8m， 闸门重量 10t。 为便于顺利排漂，在溢流堰做闸门槽，闸门开启后门体处于闸门槽内，闸门面板设置在上游侧，便于排漂物从门体上流过。在侧墙上开转动轴孔，转动轴一端与拐臂连接，拐臂与液压启闭机连接。转动轴另一端通过键连接与闸门连接。 拐臂安装在拐臂铰座上与基础连接， 液压启闭机安装在启闭机铰座上与基础连接。 侧水封采用方头 P 型橡皮安装在闸门上， 底水封采用圆头 P 型橡皮安装在底坎埋件上。 （方案图见 图 1、图 2）二、结构设计计算（为节省篇幅，论文计算中略去了计算过程）2.1 初算闸门启闭力：通过计算可

4、知闸门从水平位置开始闭门时，需要的闭门力最大，Fw= 92 t， 液压启闭机的容量由闭门力确定，选择 1 台 100t 液压启闭机。2.2 转动轴计算根据启门力计算转动轴的扭矩，从而计算出转动轴的轴径。为减轻转动轴的重量，转动轴设计成空心轴，取转动轴外径 35cm，内径 20cm。2.3传动键计算根据转动轴的扭矩计算传动键， 在本方案中单键或双键不能满足要求， 故将传动键设计成 6 键的花键，单键宽度 8cm，键的长度 55cm。至此，翻板闸门的设计基本结束，其余的为平板闸门的设计计算，不再缀述。三、闸门设计中遇到的问题3.1 水封结构的选择3.2.1 底水封的选择通常闸门设计中，水封装置安装

5、在闸门上，本方案中，对底水封的安放进行了比较（见图 3）（1）方案 1 中，将底水封设置在闸门底部，底水封始终和底坎埋件接触，闸门底部不会过水，当闸门打开时也不会有排漂物从闸门背部通过，不会产生卡阻；但将底水封设置在闸门底部， 多年运行需要更换橡皮时需将闸门整体拆开，运行维护十分不便。（2）方案 2 中，将底水封设置在闸门左侧，当闸门打开时水封脱离埋件，会有排漂物从闸门背部通过，容易产生卡阻，但更换水封橡皮方便。（3）方案 3 中，将底水封设置在底坎埋件上，底水封始终和闸门接触，闸门底部不会过水，当闸门打开时也不会有排漂物从闸门背部通过，不会产生卡阻；更换水封橡皮方便； 但该方案需要闸门提供一

6、个封水平面， 这就需要侧水封橡皮采用方头 “P” 型水封。3.2.2 侧水封的选择虽然圆头“P” 型水封的 3mm 压缩力（3.65Kg/cm）远小于方头“P” 型水封的 3mm 压缩力（23.2 Kg/cm） 。但从启闭力计算可知，控制启闭机容量的不是水封摩阻力，而是闸门卧倒时的水压力。故决定闸门底水封采用方案 3，侧水封采用方头“P” 型水封。3.3 转动轴轴径的确定在计算转动轴轴径时需要考虑到轴的强度、 刚度及键的强度， 通常需要经过反复计算才能确定，这一点设计者在设计过程中需要注意。3.4 闸门支铰和拐臂支铰设计中需要注意的问题转动轴一端与拐臂连接， 拐臂安装在拐臂支铰上。 转动轴另一

7、端通过花键与闸门连接，闸门安装在闸门支铰上。这样就要求闸门支铰、拐臂支铰有很好的同心度，这对制造单位和安装单位的要求很高。3.5 液压启闭机的选择根据启闭机的容量和水工建筑物的布置， 启闭机可以选择双油缸或单油缸， 两个方案都有各自的优缺点，单油缸驱动的问题在于闸门由于单点驱动，会造成启闭力不均匀，闸门可能发生扭曲， 但这个问题可以通过加大闸门刚度来解决。 双油缸液压启闭机可以降低单缸的启闭容量，降低造价，但双油缸不同步的问题目前业内仍无较好的解决办法。在本方案中，闸门尺寸相对较小，设计者采用了单油缸。3.6 液压油缸的布置液压油缸的布置影响到油缸的容量和行程，本方案中，油缸容量为 100t，

8、行程为 3m，拐臂长度为 2.12m。若增加拐臂长度，则可减小油缸的容量增大油缸的行程；若减小拐臂长度， 则会增大油缸的容量减小油缸的行程。 这一点需要设计者根据工程的具体情况作出比较。四、 小结新型翻板闸门由于采用了启闭机操作， 操作范围 0o90o,可以更准确的控制泄洪流量；也适用于需要春季排冰的水利水电工程； 同时由于闸门和启闭机都在闸墩下， 闸墩上无任何设备，简洁美观，也适用于城市景观工程。参考文献：1 陈文伟 “上海市苏州河河口水闸“水工金属结构论文集”20052 水电站机电设计手册编写组“水电站机电设计手册 金属结构”水利电力出版社，1988地址：甘肃省兰州市平凉路 284 号电话：13519314940马文俊液压驱动拐臂式翻板闸门的设计液压驱动拐臂式翻板闸门的设计作者：马文俊 作者单位：甘肃省水利水电勘测设计研究院 刊名：城市建设理论研究（电子版） 英文刊名：ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu 年，卷(期)：2011(25)本文链接：http:/