CN113512997B - 一种螺杆闸闸位测控装置及闸门控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺杆闸闸位测控装置及闸门控制装置，属于水利工程领域，螺杆闸闸位测控装置包括：行程齿轮和中间轴，行程齿轮中心设有轴孔，中间轴与轴孔相适配，中间轴穿过轴孔与行程齿轮固定连接；编码器，与中间轴的第一端传动连接；第一限位装置，与中间轴的第二端传动连接。闸门控制装置包括本发明提供的螺杆闸闸位测控装置。上述螺杆闸闸位测控装置具有闸位测量及限位一体化的功能且结构更加稳定。

Description

一种螺杆闸闸位测控装置及闸门控制装置

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体而言，涉及一种螺杆闸闸位测控装置及闸门控制装置。

背景技术

螺杆式闸门，简称螺杆闸，由于结构简单、安装操作方便、性价比高，因此普遍应用于水利行业相关的各种工程项目中。螺杆闸作为传统的水利工程基础设施之一，在智慧水利领域中扮演了重要角色，除了满足水利监管部门的用水、管水、控水需求外，还在防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用。螺杆闸主要由启闭机、螺杆、动力电机、传动机构、电控机构、闸门主体等部分构成，其中主要的检测元件为：闸位开度计、限位保护开关。

传统带闸位检测的螺杆闸，把编码器放置在机头顶部，与螺杆上螺纹相啮合的齿轮安装于闸门传感器的传动轴上，其存在如下缺陷：传动结构不稳定，时有螺杆压弯或闸门启升越位等事故发生，难以满足自动化控制要求；限位装置和编码器各自独立设置，闸位检测和限位控制不能协调统一，结构松散，安装和操作非常不便；闸位测量累计误差大，测量精度低，导致闸门开度不准。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种螺杆闸闸位测控装置，其具有闸位测量及限位一体化功能且结构稳定。

本发明的另一目的在于提供一种闸门控制装置，包括本发明提供的任意一种螺杆闸闸位测控装置。

本发明是这样实现的：

一种螺杆闸闸位测控装置，包括：

行程齿轮和中间轴，行程齿轮中心设有轴孔，中间轴与轴孔相适配，中间轴穿过轴孔与行程齿轮固定连接；

编码器，与中间轴的第一端传动连接；

第一限位装置，与中间轴的第二端传动连接。

进一步，还包括：第一安装架，编码器与第一限位装置均固定安装于第一安装架上，编码器为绝对值编码器。

进一步，还包括第一联轴器和第二联轴器，中间轴的第一端通过第一联轴器与编码器连接，中间轴的第二端通过第二联轴器与第一限位装置连接，第一联轴器为挠性联轴器，第二联轴器为挠性联轴器。

进一步，第一安装架包括第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板之间的相对位置固定，编码器固定安装于第一侧板，第一限位装置固定安装于第二侧板。

进一步，第一安装架还包括第三平板，第三平板与第一侧板和第二侧板固定连接，第三平板上预设有安装孔。

进一步，第一安装架为一体成形的π形安装架，第一安装架设有双侧安装沿，安装沿上设有腰形孔。

进一步，还包括第一平板，第一平板与第一安装架固定连接，且第一平板和第三平板同侧均开有弧形凹槽。

进一步，还包括第二安装架和第二限位装置，第二安装架安装于第一安装架上，第二限位装置固定安装于第二安装架上，第二安装架设有腰型孔。

进一步，第一限位装置为下限位开关，第二限位装置为上限位开关。

一种闸门控制装置，包括闸控箱、闸门螺杆及本发明提供的任意一种螺杆闸闸位测控装置，螺杆闸闸位测控装置设于闸控箱内，闸门螺杆与行程齿轮啮合。

本发明提供的技术方案的有益效果包括：

与现有技术相比，本发明提供的一种螺杆闸闸位测控装置，至少具有以下有益效果：

1、将行程齿轮与编码器的连接结构由悬臂梁结构变成了简支梁结构，改变了其受力情况，从而提高了行程齿轮的结构稳定性，保证了自动化控制闸门的稳定工作。

2、在行程齿轮中间轴的另一端安装限位装置，同时具有闸位测量与限位保护功能，限位闸位一体化，功能和结构集成度提高，在安装时更加方便快捷。

3、采用简支梁连接结构，行程齿轮能够支持更长的轴距，提高了闸位测量准确度，适应性强、通用性高且操作调试更加简单。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的螺杆闸闸位测控装置一种可选实施方式第一视角的结构图；

图2是本发明实施方式提供的螺杆闸闸位测控装置一种可选实施方式第二视角的结构图；

图3是本发明实施方式提供的螺杆闸闸位测控装置一种可选实施方式第三视角的结构图；

图4是本发明实施方式提供的螺杆闸闸位测控装置另一种可选实施方式第四视角的结构图；

图5是本发明实施方式提供的螺杆闸闸位测控装置另一种可选实施方式的结构图；

图标：11-第一限位装置；12-编码器；13-行程齿轮；14-中间轴；21-第一联轴器；22-第二联轴器；30-第一安装架；31-第一侧板；32-第二侧板；33-第三平板；34-第一平板；35-安装沿；40-第二安装架；41-第二限位装置；5–腰型孔；6-弧形凹槽；7-安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参考图1-图5，本实施例提供了一种螺杆闸闸位测控装置，包括：

行程齿轮13和中间轴14，行程齿轮13中心设有轴孔，中间轴14与轴孔相适配，中间轴14穿过轴孔与行程齿轮13固定连接；

编码器12，与中间轴14的第一端传动连接；

第一限位装置11，与中间轴14的第二端传动连接。

本实施例中，行程齿轮13用于与螺杆闸的闸门螺杆上的螺纹啮合连接，螺杆上升与下降带动编码器12的输入轴正反转，编码器12就可输出闸门的开度信号。行程齿轮13与中间轴14固定连接，中间轴14的两端分别与编码器12、第一限位装置11传动连接，因此，行程齿轮13受到来自螺杆的切向力，而中间轴14受到来自行程齿轮13的转矩和行程齿轮13自身重量引起的弯矩，中间轴14将转矩传递至编码器12和第一限位装置11。值得一提的是，行程齿轮13与编码器12、第一限位装置11之间的传动连接是指能够实现运动传递的连接方式，包括但不限于使用延长连接轴或联轴器传动。

本发明提供的一种螺杆闸闸门测控装置的闸门测控功能应当理解为，通过编码器12测量闸门的闸位以及通过第一限位装置11控制闸门开合幅度不超过的某个极限位置，防止闸门越限，该极限位置根据现场情况预先设定。为了提高测量精度，在安装时，第一限位装置11与中间轴14、行程齿轮13、编码器12输入轴的轴心线应保持在同一直线上。第一限位装置11与编码器12均固定安装于螺杆闸闸门控制箱内，以防止其中任何一个结构的位置变化引起传动不能同步的现象。

本实施例中，第一限位装置11为上限位开关，当螺杆闸闸门主体提升时，螺杆与行程齿轮13啮合，螺杆上升带动齿轮正转，齿轮正转动作传递给中间轴14，通过中间轴14传递给编码器12和第一限位装置11，此动作下编码器12计数计算闸位，上限位开关达到最大行程时触发上限位保护动作，从而控制闸门主体的上升幅度，不会越过预设上限。当螺杆闸闸门主体下降时，螺杆与行程齿轮13啮合，螺杆下降带动行程齿轮13反转，行程齿轮13将反转动作传递给中间轴14，通过中间轴14传递给编码器12，此动作下编码器12计数计算闸位。

在一些作为优选的实施方式中，本发明提供的一种螺杆闸闸位测控装置还包括：第一安装架30，编码器12与第一限位装置11均固定安装于第一安装架30上。第一安装架30用于将编码器12与第一限位装置11同时固定，提高整体的结构稳定性。将编码器12与第一限位装置11同时固定于一个安装架上，简化了整体结构，整个组件可以预装配后出厂，便于一体化安装。

在一些可选的实施方式中，第一安装架30包括第一侧板31和第二侧板32，第一侧板31与第二侧板32相对设置，二者之间的相对位置固定，且第一侧板31和第二侧板32的左右位置不可对调，可选的，可采用连接杆将第一侧板31和第二侧板32固定连接，或采用螺栓将第一侧板31和第二侧板32固定安装于某个基板上以实现二者位置的固定。本实施例中，行程齿轮13设于第一侧板31与第二侧板32之间，编码器12固定安装于第一侧板31，第一限位装置11固定安装于第二侧板32。请参考图1，从受力角度来看，第一安装架30的第一侧板31和第二侧板32几乎不受到来自中间轴14的径向力,仅承载编码器12和第一限位装置11的重力。可选的，为了平衡编码器12的受力，第一安装架30并不限于两个侧板，也可以有多个侧板。

请参考图2-图5，在一些可选的实施方式中，第一安装架30包括还包括第三平板33，第三平板33与第一侧板31和第二侧板32固定连接。请继续参考图1，图1中，行程齿轮13位于安装架的第一侧板31、第二侧板32和第三平板33环绕而成的空间里，第一安装架30像防护罩一样能够保护行程齿轮13不受结构的影响。请继续参考图2，图2中，第一侧板31和第二侧板32相对平行设置，第三平板33分别与第一侧板31和第二侧板32垂直固定。第三平板33的作用是固定第一侧板31和第二侧板32的位置，防止其活动。

可选的，第一平板34与第一侧板31和第二侧板32可采用焊接、螺栓连接等方式固定，当然也可以采用折弯、铸造等工艺一体成形。第三平板33上可以安装其他的配件，提高了组件的集成度。具体的，在第三平板33上设有螺孔，其他配件可以通过螺栓固定于第三平板33上。需要说明的是，本实施例并未限定第一侧板31、第二侧板32与第三平板33必需相互垂直固定，在一些可选的其他实施方式中，第一侧板31、第二侧板32与第三平板33能以其他的角度固定。

在一些可选的实施方式中，第一安装架30为一体成形的π形安装架，设有安装沿35，安装沿35上设有腰形孔5。请参考图2，图2中，第一安装架30为一体成形的π形安装架，其左右两侧均设有安装沿35，设置安装沿35可便于第一安装架30的固定，第一安装架30固定的位置与行程齿轮13与闸门螺杆的啮合有关，一般而言，需要由工作人员将包括第一安装架30、第一限位装置11及编码器12在内的整体组件带到现场确定要最佳啮合位置后将第一安装架30固定。

由于每个螺杆闸的闸门螺杆所适配的行程齿轮13类型及安装位置均有所不同，因此，作为一种优选的实施方式，在安装沿35上设有腰形孔5，可根据具体安装情况调整安装距离，从而提高了螺杆闸的适应性，并且安装更加方便。当然，为了达到同样的技术效果，也可以采用其他的技术手段，如使用弹簧卡槽等，本实施例不再一一例举。本领域技术人员在了解本实施例后可能会采用其他相似手段并实现了相同技术效果，其技术手段应当属于本实施例的所涵盖的范围之内。

在一些可选的实施方式中，本发明提供的一种螺杆闸闸位测控装置还包括第一联轴器21，中间轴14的第一端通过第一联轴器与编码器12连接。请继续参考图2，第一联轴器21用于连接中间轴14与编码器12的输入轴。在一些可选的实施方式中，还包括第二联轴器22，中间轴14的第二端通过第二联轴器与第一限位装置11连接，第二联轴器22用于连接第一限位装置11的输入轴。

在一些可选的实施方式中，第一联轴器21为挠性联轴器。可选的，第二联轴器22也为挠性联轴器。发明人在对传统闸位计进行改造时，发现传统闸位计对安装位置的准确度要求非常高，现场安装人员对其安装精准度不容易掌控，进而导致传统闸位计测量不准。在水利工程领域的技术人员往往要求现场施工人员提高闸位计安装准确度，并且，为保证闸位测量的精度，对施工人员的作业经验有非常高的标准，但即便是经验丰富的施工人员也不能保证其安装的所有闸位计都固定于正确的位置。

本实施例中，采用挠性联轴器连接中间轴14与编码器12的输入轴，将传统闸位计行程齿轮13的刚性连接转换成柔性连接，挠性联轴器提供了位移补偿，提高了安装容错率，即便是普通施工人员也能合理完成安装任务，而且更加方便，快捷。

在一些优选的实施方式中，第一联轴器21为顶丝绕线联轴器。本实施方式中，编码器12通过顶丝绕线联轴器连接中间轴14，此处顶丝绕线联轴器可以做出径向和轴向的位移补偿，安装容错率提高。可选的，第二联轴器22也为顶丝绕线联轴器。中间轴14与行程齿轮13的轴孔相适配，通过顶丝绕线联轴器连接第一限位装置11，此处顶丝绕线联轴器可以做出径向和轴向位移补偿，安装容错率进一步提高。

传统的闸位测量装置在安装编码器12和中间轴14、行程齿轮13时，对其同轴度是有较高要求的，而本实施方式中的顶丝绕线联轴器有径向位移补偿功能，所以降低了对同轴度的安装要求，在实际的安装中，甚至允许有一定误差，例如，传统闸位测量装置安装同轴度必须是0.2mm以内，而本实施例中同轴度只需控制在0.5mm以内即可。同时，顶丝绕线联轴器还可以提供轴向的位移补偿，即使在安装时，行程齿轮13并非位于编码器12和第一限位装置11的中间位置，也能有较好的结构稳定性。本实施方式通过增加第一联轴器21和第二联轴器22，采用挠性联轴器提供径向和轴向的位移补偿，提高了安装容错率，改善了传统闸位计的缺陷，提高了测量精度。

在一些可选的实施方式中，本发明提供的螺杆闸闸位测控装置还包括第一平板34，第一平板34上设有与腰形孔5相适配的安装孔7。本实施方式中，第一平板34与第一安装架30通过螺栓固定连接。第一平板34用于固定第一安装架30，从而将编码器12、中间轴14、行程齿轮13、以及第一限位装置11等结构的位置固定于适宜的地方，从而满足传动要求。通过在第一平板34上预设与第一安装架30上安装沿35的腰形孔5相适配的安装孔7，能够便于施工人员快速安装。可以理解的是，本实施方式中安装沿35上预设腰形孔5是为了便于调节具体的安装位置，在一些其他的实施方式中，也可在第一平板34上开设腰形孔5，而在安装沿35上预设与之相适配的安装孔7。

请参考图4，图4是本发明一种实施可选实施方式的结构图，在一些可选的其他实施方式中，第一平板34和第三平板33上均开有弧形凹槽6。设置的弧形凹槽6轮廓与螺杆外沿相适配，在安装时，行程齿轮13与螺杆的啮合位置更加贴近，进一步保证了测量精度。在使用时，往往将第一平板34固定于与闸门螺杆相对应的安装座上。可选的，可在第一平板34上预设安装孔7，通过螺栓将第一平板34固定。

请参考图3，图3是本发明提供的螺杆闸闸位测控装置一种可选实施方式的结构图，在一些可选的实施方式中，本发明提供的螺杆闸闸位测控装置还包括第二安装架40，第二安装架40安装于第三平板33上。可选的，可在第三平板33上预留安装孔7，同时在第二安装架40上预留位置相适配的安装孔7，采用螺栓将第二安装架40固定于第三平板33的适宜位置上。在具体的结构上，第二安装架40可以与第一安装架30相同，均为π形安装架，在尺寸上，第二安装架40相对于第三平板33较小，第二安装架40可以固定一些其他仪器，提高了闸位测量装置的一体化和集成度。可选的，本发明提供的螺杆闸闸位测控装置还包括第二限位装置41，第二限位装置41安装于第二安装架40上。第二安装架40将第二限位装置41固定于适当位置。

在一些可选的其他实施方式中，第二安装架40设有腰型孔5。请参考图5，第二安装架40和第二限位装置41可通过螺栓固定连接，腰型孔5可以预先开设，用于固定安装位置，第二限位装置41一般都预设有安装孔7，可通过穿过腰型孔5的螺栓与第二安装架40固定连接，以便于根据实际情况调整第二限位装置41的位置，能够适用于多种类型的螺杆闸。

值得一提的是，本实施例中，第一安装架30、第二安装架40和第一平板34均为刚性结构，其材料可以为钢、铁、合金及硬质塑料，为了提高固定牢度，一般为一体成形的钢材。

请参考图1-图4，本实施例中，第二限位装置41为下限位开关。当螺杆闸闸门主体下降时，螺杆与行程齿轮13啮合，螺杆下降带动行程齿轮13反转，行程齿轮13将反转动作传递给中间轴14，通过中间轴14传递给编码器12。此动作下编码器12计数计算闸位，螺杆上套装有下限位开关触发挡环，当闸门下降到达预设极限位置时，下限位开关触发挡环碰撞到下限位开关，从而触发下限位保护动作。可以理解的是，本实施例中所说的行程齿轮13的正转反转，仅仅为了描述转动方向的变化，并不特指某一固定方向。

在一些可选的其他实施方式中，编码器12为绝对值编码器。本实施方式中，编码器12可以选用增量式编码器和绝对值编码器两种类型，由于增量式编码器累计误差相较于绝对值编码器会更大，导致闸门开度测量不准。本实施方式采用绝对值编码器有利于进一步提高测量精度。

实施例2：

本实施例提供了一种闸门控制装置，包括闸控箱、闸门螺杆及实施例1提供的任意一种螺杆闸闸位测控装置，螺杆闸闸位测控装置设于闸控箱内，闸门螺杆与行程齿轮啮合。一般而言，闸控箱为自动化闸门的控制主体，集成了主要的闸门控制仪器和设备。

Claims (10)

1.一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，包括：

行程齿轮和中间轴，所述行程齿轮中心设有轴孔，所述中间轴与所述轴孔相适配，所述中间轴穿过所述轴孔与所述行程齿轮固定连接；

编码器，与所述中间轴的第一端传动连接；

第一限位装置，与所述中间轴的第二端传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，还包括：第一安装架，所述编码器与所述第一限位装置均固定安装于所述第一安装架上，所述编码器为绝对值编码器。

3.根据权利要求2所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，还包括第一联轴器和第二联轴器，所述中间轴的第一端通过所述第一联轴器与所述编码器连接，所述中间轴的第二端通过所述第二联轴器与所述第一限位装置连接，所述第一联轴器为挠性联轴器，所述第二联轴器为挠性联轴器。

4.根据权利要求2所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，所述第一安装架包括第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间的相对位置固定，所述编码器固定安装于所述第一侧板，所述第一限位装置固定安装于所述第二侧板。

5.根据权利要求4所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，所述第一安装架还包括第三平板，所述第三平板与所述第一侧板和第二侧板固定连接，所述第三平板上预设有安装孔。

6.根据权利要求5所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，所述第一安装架为一体成形的π形安装架，所述第一安装架设有双侧安装沿，所述安装沿上设有腰形孔。

7.根据权利要求5所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，还包括第一平板，所述第一平板与所述第一安装架固定连接，且所述第一平板和第三平板同侧均开有弧形凹槽。

8.根据权利要求2所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，还包括第二安装架和第二限位装置，所述第二安装架安装于所述第一安装架上，所述第二限位装置固定安装于所述第二安装架上，所述第二安装架设有腰型孔。

9.根据权利要求8所述的一种螺杆闸闸位测控装置，其特征在于，所述第一限位装置为下限位开关，所述第二限位装置为上限位开关。

10.一种闸门控制装置，包括闸控箱、闸门螺杆及权利要求1-9任意一项所述的螺杆闸闸位测控装置，所述螺杆闸闸位测控装置设于所述闸控箱内，所述闸门螺杆与所述行程齿轮啮合。

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