CN110704988B - 一种液压弧门开度值计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于水力水电工程技术领域，具体为一种液压弧门开度值计算装置，包括：弧门，所述弧门的弧形受压面布置在需挡水的工作区域内，并通过一支臂与弧门支铰转动连接；支臂，所述支臂的一端部与弧门固定，其另一端以弧门支铰为圆心转动；弧门支铰，所述弧门支铰固定在安装工位上，并提供所述弧门与所述支臂旋转的支承点；本发明通过拉绳式开度传感器实时检测的数值，利用公式计算出弧门的开度数值，其计算方法简单，精算精度高，无需进行多次弧门开度操作，其测量和操作方法简单易行。

Description

一种液压弧门开度值计算装置

技术领域

本发明涉及水力水电工程技术领域，具体为一种液压弧门开度值计算装置。

背景技术

弧形闸门由于结构轻巧，操作方便，得到了广泛的应用。弧形闸门不设门槽，启闭力较小，水力学条件好，广泛用于各种类型的水道上作为工作闸门运行。由于电站要考虑水资源利用的问题，闸门的开启高度决定了弃水量的大小，所以闸门开启高度的测量计算就变得非常有意义。

弧形闸门开度常用的方法是采用分段折线，即依据不同的闸门开度设定，折线段数有所不同，比如常见的与编码器配套的开度仪表计算闸门开度就是使用的15段折线，在每一段折线内都是用拟合直线的方法进行计算闸门开度，需要精确的专业测量仪器测量每一段折线的拐点值，需要测量的数据多，并且要将闸门依次提到每个设定的折线拐点处，无论测量和操作上都比较麻烦，通过这种算法精度不算高，并且在折线拐点处可能出现数据跳变的情况，基于上述原因，本发明提出了一种液压弧门开度值计算装置投入使用，已解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压弧门开度值计算装置，以解决上述背景技术中提出的现有的阀门开度计算方法存在计算精度不高，测量和操作繁琐的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液压弧门开度值计算装置，包括：

弧门，所述弧门的弧形受压面布置在需挡水的工作区域内，并通过一支臂与弧门支铰转动连接；

支臂，所述支臂的一端部与弧门固定，其另一端以弧门支铰为圆心转动；

弧门支铰，所述弧门支铰固定在安装工位上，并提供所述弧门与所述支臂旋转的支承点；

油缸，其输出端与活塞拉杆连接，用于开启和闭合所述弧门，其底端与油缸支铰连接；

活塞拉杆，直接作用于所述弧门，并通过活塞拉杆支铰与所述弧门转动连接；

收绳式开度传感器，通过可收缩式的绳与所述弧门连接，其本体则固定在混凝土坝体上；

测控箱，所述测控箱还包括一个实时显示所述弧门开度的开度显示屏以及按键开关，所述按键开关中的按键与所述测控箱内置的按键控制电路上的电路引脚相对应，所述油缸还内置一个用于实时检测所述活塞拉杆位移量的磁致伸缩位移传感器，所述测控箱通过无线通信的方式与所述收绳式开度传感器，用于实时接收所述收绳式开度传感器上传的检测数值，并根据所述收绳式开度传感器实时检测的数据值相对于零点的变化量，通过公式计算得出所述弧门的当前开度，具体的，计算公式如下：

设：O点代表弧门支铰3，

O^/点代表油缸支铰8；

P点代表弧门1全关时活塞拉杆5的活塞拉杆支铰9位置；

P^/点代表弧门1转动角度Φ后活塞拉杆5的活塞拉杆支铰9位置；

Q点代表弧门1全关时弧门1底边与弧门底坎的交点位置；

Q^/点代表弧门1转动角度Φ后的弧门底坎位置；

又设：在以弧门支铰3O点为原点的X-Y坐标系中，油缸支铰8O^/点的坐标为(a,b)，

其中：a——O^/点到O点的水平距离；

b——O^/点到O点的垂直距离；

当弧门转动角度时：

弧PP^/表示活塞拉杆支铰9的运动轨迹；

弧QQ^/表示弧门底坎的运动轨迹；

令：α＝∠O^/OP

Φ₀——OQ与水平面的夹角；

Φ——弧门1转动角度；

并令：R——弧门半径；

Rd——弧门1全关时弧门支铰3到活塞拉杆支铰)的距离；

L——弧门1全关时油缸支铰8到活塞拉杆支铰9的距离；

ΔL——弧门1转动角度Φ时活塞拉杆5的收缩长度；

H——弧门1全关时弧门底边距弧门支铰3的垂直距离；

e——弧门1开度；

显见：

在△O^/OP中，根据余弦定理：

当弧门1转动角度活塞拉杆5收缩ΔL时:O^/P^/＝O^/P-ΔL＝L-ΔL

在△O^/OP^/中，根据余弦定理：

由于：Φ＝α-∠O^/OP^/

根据：e＝H+Rsin(Φ-Φ₀)

所以：

上式即为弧门1开度e对活塞拉杆5收缩长度ΔL的数学函数式：e＝f(ΔL)已知弧门1半径R、油缸支铰8到弧门支铰3的距离以及弧门1全关时的H、L、Rd值，即可得到弧门1开度e对活塞拉杆5收缩长度ΔL的数学表达式；

可得活塞拉杆5收缩长度ΔL对弧门1开度e的反函数表达式：ΔL＝f^-1(e)

优选的，所述弧门由门叶和支承铰组成，其中门叶为弧形受压面，由弧形面板和主次梁组成，所述支承铰由连接所述支臂的铰链、固定轴以及固定铰座组成。

优选的，所述弧门与弧门底坎的连接处还设置一个与之相配套的弧形滑轨。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过收绳式开度传感器实时检测的数值，利用公式计算出弧门的开度数值，其计算方法简单，精算精度高，无需进行多次弧门开度操作，其测量和操作方法简单易行。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明收绳式传感器与弧门开度函数关系图；

图3为本发明副油缸传感器收缩、主油缸转动角度图；

图4为本发明主油缸与弧门转动角度图。

图中：1弧门、2支臂、3弧门支铰、4油缸、5活塞拉杆、6收绳式开度传感器、7测控箱、8油缸支铰、9活塞拉杆支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种液压弧门开度值计算装置，包括：

弧门1，所述弧门1的弧形受压面布置在需挡水的工作区域内，并通过一支臂2与弧门支铰3转动连接，所述弧门1由门叶和支承铰组成，其中门叶为弧形受压面，由弧形面板和主次梁组成，所述支承铰由连接所述支臂2的铰链、固定轴以及固定铰座组成，所述弧门1与弧门底坎的连接处还设置一个与之相配套的弧形滑轨；

支臂2，所述支臂2的一端部与弧门1固定，其另一端以弧门支铰3为圆心转动；

弧门支铰3，所述弧门支铰3固定在安装工位上，并提供所述弧门1与所述支臂2旋转的支承点；

油缸4，其输出端与活塞拉杆5连接，用于开启和闭合所述弧门1，其底端与油缸支铰8连接，所述油缸4还内置一个用于实时检测所述活塞拉杆5位移量的磁致伸缩位移传感器；

活塞拉杆5，直接作用于所述弧门1，并通过活塞拉杆支铰9与所述弧门1转动连接；

收绳式开度传感器6，通过可收缩式的绳与所述弧门1连接，其本体则固定在混凝土坝体上；

测控箱7，所述测控箱7通过无线通信的方式与所述收绳式开度传感器6，用于实时接收所述收绳式开度传感器6上传的检测数值，并根据所述收绳式开度传感器6实时检测的数据值相对于零点的变化量，所述测控箱7还包括一个实时显示所述弧门1开度的开度显示屏以及按键开关，所述按键开关中的按键与所述测控箱7内置的按键控制电路上的电路引脚相对应通过公式计算得出所述弧门1的当前开度，具体的，请参阅图2，计算公式如下：

设：O点代表弧门支铰3，

O^/点代表油缸支铰8；

P点代表弧门1全关时活塞拉杆5的活塞拉杆支铰9位置；

P^/点代表弧门1转动角度Φ后活塞拉杆5的活塞拉杆支铰9位置；

Q点代表弧门1全关时弧门1底边与弧门底坎的交点位置；

Q^/点代表弧门1转动角度Φ后的弧门底坎位置；

又设：在以弧门支铰3O点为原点的X-Y坐标系中，油缸支铰8O^/点的坐标为(a,b)，

其中：a——O^/点到O点的水平距离；

b——O^/点到O点的垂直距离；

当弧门转动角度时：

弧PP^/表示活塞拉杆支铰9的运动轨迹；

弧QQ^/表示弧门底坎的运动轨迹；

令：α＝∠O^/OP

Φ₀——OQ与水平面的夹角；

Φ——弧门1转动角度；

并令：R——弧门半径；

Rd——弧门1全关时弧门支铰3到活塞拉杆支铰)的距离；

L——弧门1全关时油缸支铰8到活塞拉杆支铰9的距离；

ΔL——弧门1转动角度Φ时活塞拉杆5的收缩长度；

H——弧门1全关时弧门底边距弧门支铰3的垂直距离；

e——弧门1开度；

显见：

在△O^/OP中，根据余弦定理：

当弧门1转动角度活塞拉杆5收缩ΔL时:O^/P^/＝O^/P-ΔL＝L-ΔL

在△O^/OP^/中，根据余弦定理：

由于：Φ＝α-∠O^/OP^/

根据：e＝H+Rsin(Φ-Φ₀)

所以：

上式即为弧门1开度e对活塞拉杆5收缩长度ΔL的数学函数式：e＝f(ΔL)已知弧门1半径R、油缸支铰8到弧门支铰3的距离以及弧门1全关时的H、L、Rd值，即可得到弧门1开度e对活塞拉杆5收缩长度ΔL的数学表达式；

可得活塞拉杆5收缩长度ΔL对弧门1开度e的反函数表达式：ΔL＝f^-1(e)

请参阅图3，O₁--主油缸支铰，O₂--副油缸传感器支铰，P₁--副油缸传感器与主油缸铰接点，O₁O₂＝790cm，P₁O₁＝1200cm，当弧门1放到底时，副油缸传感器长L＝P₁O₂＝1747.2743cm，当副油缸传感器收缩Δ1时，P₁转动到P′₁点，P₁O₁转动角度此时主油缸亦转动/>

1、求θ₁

在ΔP₁O₁O₂中，

2、求

P′₁O₂＝L-Δ1

请参阅图4，O₁----主油缸支铰,O----闸门支铰,P----全关时主油缸与闸门铰接点,PO₁＝11300,PO＝Rd(参数未知),r₁＝20.213°，R＝11m(已知)；H＝8.5m；

1、求θ

在ΔPO₁O中，

2、求α

3、求弧门1转动角度Φ

4、计算弧门1角度Φ的开度e

H＝8.5m，R＝11m

弧门1的初始角度

弧门1的开度e

其中

表1数据表

虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (3)

1.一种液压弧门开度值计算装置，其特征在于，包括：

弧门(1)，所述弧门(1)的弧形受压面布置在需挡水的工作区域内，并通过一支臂(2)与弧门支铰(3)转动连接；

支臂(2)，所述支臂(2)的一端部与弧门(1)固定，其另一端以弧门支铰(3)为圆心转动；

弧门支铰(3)，所述弧门支铰(3)固定在安装工位上，并提供所述弧门(1)与所述支臂(2)旋转的支承点；

油缸(4)，其输出端与活塞拉杆(5)连接，用于开启和闭合所述弧门(1)，其底端与油缸支铰(8)连接；

活塞拉杆(5)，直接作用于所述弧门(1)，并通过活塞拉杆支铰(9)与所述弧门(1)转动连接；

收绳式开度传感器(6)，通过可收缩式的绳与所述弧门(1)连接，其本体则固定在混凝土坝体上；

测控箱(7)，所述测控箱(7)还包括一个实时显示所述弧门(1)开度的开度显示屏以及按键开关，所述按键开关中的按键与所述测控箱(7)内置的按键控制电路上的电路引脚相对应，所述油缸(4)还内置一个用于实时检测所述活塞拉杆(5)位移量的磁致伸缩位移传感器，所述测控箱(7)通过无线通信的方式与所述收绳式开度传感器(6)，用于实时接收所述收绳式开度传感器(6)上传的检测数值，并根据所述收绳式开度传感器(6)实时检测的数据值相对于零点的变化量，通过公式计算得出所述弧门(1)的当前开度，具体的，计算公式如下：

设：O点代表弧门支铰(3)，

O^/点代表油缸支铰(8)；

P点代表弧门(1)全关时活塞拉杆(5)的活塞拉杆支铰(9)位置；

P^/点代表弧门(1)转动角度Φ后活塞拉杆(5)的活塞拉杆支铰(9)位置；

Q点代表弧门(1)全关时弧门(1)底边与弧门底坎的交点位置；

Q^/点代表弧门(1)转动角度Φ后的弧门底坎位置；

又设：在以弧门支铰(3)O点为原点的X-Y坐标系中，油缸支铰(8)O^/点的坐标为(a,b)，

其中：a——O^/点到O点的水平距离；

b——O^/点到O点的垂直距离；

当弧门转动角度Φ时：

弧PP^/表示活塞拉杆支铰(9)的运动轨迹；

弧QQ^/表示弧门底坎的运动轨迹；

令：α＝∠O^/OP

Φ₀——OQ与水平面的夹角；

Φ——弧门(1)转动角度；

并令：R——弧门半径；

Rd——弧门(1)全关时弧门支铰(3)到活塞拉杆支铰(9)的距离；

L——弧门(1)全关时油缸支铰(8)到活塞拉杆支铰(9)的距离；

ΔL——弧门(1)转动角度Φ时活塞拉杆(5)的收缩长度；

H——弧门(1)全关时弧门底边距弧门支铰(3)的垂直距离；

e——弧门(1)开度；

显见：

在△O^/OP中，根据余弦定理：

当弧门(1)转动角度Φ，活塞拉杆(5)收缩ΔL时:O^/P^/＝O^/P-ΔL＝L-ΔL

在△O^/OP^/中，根据余弦定理：

由于：Φ＝α-∠O^/OP^/

根据：e＝H+Rsin(Φ-Φ₀)

所以：

上式即为弧门(1)开度e对活塞拉杆(5)收缩长度ΔL的数学函数式：e＝f(ΔL)

已知弧门(1)半径R、油缸支铰(8)到弧门支铰(3)的距离以及弧门(1)全关时的H、L、Rd值，即可得到弧门(1)开度e对活塞拉杆(5)收缩长度ΔL的数学表达式；

可得活塞拉杆(5)收缩长度ΔL对弧门(1)开度e的反函数表达式：ΔL＝f^-1(e)

2.根据权利要求1所述的一种液压弧门开度值计算装置，其特征在于：所述弧门(1)由门叶和支承铰组成，其中门叶为弧形受压面，由弧形面板和主次梁组成，所述支承铰由连接所述支臂(2)的铰链、固定轴以及固定铰座组成。

3.根据权利要求1所述的一种液压弧门开度值计算装置，其特征在于：所述弧门(1)与弧门底坎的连接处还设置一个与之相配套的弧形滑轨。