CN220433569U - 一种配重节能型齿条驱动闸门 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配重节能型齿条驱动闸门，包括闸门门框、闸门本体，所述闸门门框包括左右立柱，还包括配重体、齿条、转动机构，齿条固定在闸门上，所述转动机构包括转动轴，转动机构上绕挂有钢索，钢索的两端头分别连接闸门本体和配重体，所述闸门本体与配重体沿着左右立柱相对上下升降。本实用新型通过配重体和闸门本体及齿条对转动轴的拉力力矩平衡，使得闸门本体的启闭仅需要动力机构提供一个较小的驱动力打破平衡并赋予闸门本体和配重体初速度即可，配重体和闸门本体及齿条的重力势能之和在不同位置保持不变；降低了闸门启闭过程中的能耗。

Description

一种配重节能型齿条驱动闸门

技术领域

本实用新型涉及水利工程领域，具体而言，涉及一种配重节能型齿条驱动闸门。

背景技术

用于水利工程领域的闸门是一种关闭和开放泄水通道的控制设施，可用以拦截水流，控制水位、调节流量、排放泥沙和飘浮物等。目前所使用的闸门一般是通过钢索吊装或者通过螺杆相对旋转以带动闸门进行上升或下降的往复运动。电机能耗大，并会将机械动能转化成热能而导致设备温度升高。对于在电力环境充裕的环境，闸门启闭能耗并不会是一个突出的问题，但是对于电力供应相对紧缺的野外，如使用太阳能或者蓄电池的供电环境中，则电力尤为珍贵，节约用电意味着闸门正常运作或工作更长的时间。因此，在电力不足的环境中，需要一种能节约能耗的闸门来进行关闭和开放来进行止水和泄水作业。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提一种配重节能型齿条驱动闸门，在闸门上设置了配重体，配重体通过转动轴和闸门实现受力平衡，从而实现配重体和闸门重力相互转换；在闸门本体的启闭过程中，配重体所受重力通过转动轴抵消一部分闸门本体的启闭力，配重体和闸门本体在闸门启闭过程中重力势能互转，实现了减小闸门启闭过程中对动力机构的能量消耗的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种配重节能型齿条驱动闸门，包括闸门门框、闸门本体、配重体、齿条、转动机构，闸门门框包括左右立柱，还包括所述齿条固定在闸门上，转动机构包括转动轴，转动机构上绕挂有钢索，钢索的两端头分别连接闸门本体和配重体，所述闸门本体与配重体沿着左右立柱相对上下升降。

在闸门本体与配重体升降过程中，力矩=力*力臂；

力臂：力的作用线与转动轴中心线之间的距离；

闸门本体重力对转动轴的力矩 = 闸门本体的重力*闸门本体力臂长度，其中：这里假设连接闸门本体的钢索竖直，闸门本体力臂长度为连接钢索所在直线到转动轴中心线之间的距离；

如无特别说明，在闸门本体的重量、闸门门体的重力、闸门本体的势能、闸门本体的动能等表述中，闸门本体均包含齿条；

配重体重力对转动轴的力矩=配重体重力*配重体力臂；

配重体的力臂长度为连接配重体的钢索与转动轴之间的距离，假设连接配重体的钢索保持竖直；闸门上行时转动轴转动方向为正向。

在一些可行的实施方式中，还包括动力机构，所述动力机构包括驱动电机，动力机构驱动齿条升降。

在一些可行的实施方式中，动力机构还可以包括减速机，驱动电机连接减速机。

进一步的，动力机构与齿条的啮合处设置有固定装置。

在一些可行的实施方式中，转动机构还包括滑轮，转动轴穿过滑轮，所述滑轮与转动轴相对固定，钢索挂绕在滑轮上，钢索的端头分别连接闸门本体和配重体。

在一些可行的实施方式中，转动机构包括转动轴、绕绳器，转动轴穿过绕绳器，所述绕绳器与转动轴相对固定；所述绕绳器包括第一绕绳器、第二绕绳器，钢索绕挂在第一绕绳器、第二绕绳器上，钢索的端头分别连接闸门本体和配重体。

在一些可行的实施方式中，闸门门框的左右立柱上开设有配重滑槽、闸门滑槽，所述配重体的两端置于配重滑槽中上下滑动，所述闸门本体的两端置于闸门滑槽中上下滑动。

在一些可行的实施方式中，配重体为一个块状结构，配重体的高度尺寸小于闸门本体的高度尺寸，相对上下升降的闸门本体与配重体之间存在间隙。

优选的，配重滑槽内侧与配重体之间设置有导向轮。

在一些可行的实施方式中，在左右立柱上还设置有第一低位限位块、第一高位限位块、第二高位限位块，第一低位限位块、第一高位限位块设置在配重滑槽上，第二高位限位块设置在闸门滑槽上。

在一些可行的实施方式中，动力机构上连接有转向装置，转向装置内部为一对相互啮合的伞形齿轮组，伞形齿轮组上分别连接有第一转向轴和第二转向轴，第一转向轴和第二转向轴之间成90度角，第一转向轴通过联轴器连接减速机蜗杆轴，第二转向轴正面对外，连接人工摇把卡口，人工摇把卡口连接有人工摇把。

在一些可行的实施方式中，转动轴的端部设置有人工摇把。

优选的，配重滑槽的长度大于等于闸门本体的最大提升高度与配重体的高度之和。

在一些可行的实施方式中，配重体包括配重体承载平台、配重物，配重物的数量至少为一个。

优选的，配重体包括配重体承载平台、配重物，配重物的数量至少为一个。

优选的，闸门本体与配重体之间关系应满足：配重体重力对转动轴的力矩<2*闸门本体重力对转动轴的力矩。即：闸门本体与配重体之间关系应满足：配重体的重量*配重体力臂长度<2*闸门本体的重量*闸门力臂长度，其中，配重体力臂长度为转动轴的轴中心线到配重体重力的作用线的距离；闸门本体力臂长度为转动轴的轴中心线到闸门本体重力的作用线的距离；闸门本体重量包含了齿条的重量。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的配重节能型齿条驱动闸门包括闸门门框、闸门本体、动力机构、齿条，还包括配重体。闸门本体上升时，配重体所受重力通过滑轮转化为对闸门的提升动力，使得闸门提升所需向上拉力减小，配重体的重力势能减少，转化为闸门本体和齿条的重力势能；闸门本体下降时，闸门本体所受重力通过滑轮转化为配重体提升的动力，闸门本体和齿条重力势能减少，转化为配重体的重力势能。在闸门的启闭过程中，在配重体重量等于闸门本体重量和齿条重量之和的情况下，配重体和闸门本体及齿条的重力势能之和保持不变，因此实现了减小闸门启闭过程中动力机构对能量消耗的需求，在使用电池供电的情况下，潜在延长了设备的待机时间。

附图说明

图1为本实用新型结构图图示一；

图2为在一种可行的实施方式的结构图；

图3为另一些可行的实施方式的结构图；

图4为本实用新型中转向装置的结构示意图。

图中：门楣11、立柱12、配重滑槽121、闸门滑槽122、齿条2、固定装置21、闸门本体3、滑轮41、第一绕绳器411、第二绕绳器412、转动轴42、轴承底座43、轴承44、导向轮45、钢索46、导线轮47、配重体5、驱动电机6、联轴器62、转向装置7、第二转向轴71、第一转向轴72、第一伞形齿轮73、第二伞形齿轮74、人工摇把75、第二高位限位块81、第一高位限位块82、第一低位限位块83、减速机9、减速机蜗杆轴91。

实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。下面将结合附图和具体实施对本实用新型作进一步说明。

参见图1、图2，本实用新型的一种配重节能型齿条驱动闸门包括闸门门框、闸门本体3、齿条2，齿条2一端固定在闸门上，门楣11、左右立柱12及底梁13合围形成闸门门框，通常情况下，还可以包括动力机构，动力机构包括驱动电机6，在一些可行的实施方式中，动力机构还可以包括减速机9，驱动电机6连接减速机9，动力机构置于门楣11上，齿条2的上端部穿过闸门的门楣11，通过齿条2齿纹与动力机构输出轴齿轮齿纹啮合以驱动齿条2升降。在一些可行的实施方式中，还可以在动力机构与齿条2的啮合处设置有固定装置21；以防止齿条2在升降过程中与动力机构的啮合出现偏差。在动力机构正向转动时，通过与动力机构齿轮啮合的齿条2被提升，齿条2提升带动闸门本体3上升，闸门本体3上升通过转动机构带动配重体5以相同速率下降；当动力机构6制动时，动力机构输出轴齿轮停止运转，齿条2、闸门本体3同步停止上升，配重体5同步停止下降；在闸门本体3上升过程中，配重体5的下降高度等于闸门本体3的净提升高度。当动力机构反向转动时，通过与动力机构齿轮啮合的齿条2下降，齿条2下降带动闸门本体3下降，闸门本体3下降通过转动机构带动配重体5以相同速率上升；当动力机构6制动时，输出轴齿轮停止转动，齿条2、闸门本体3同步停止下降，配重体5同步停止上升；在闸门本体3下降过程中，配重体5的提升高度等于闸门本体3的下降高度。

在本申请中，门楣11的上方还设置有转动机构；具体的，转动机构包括转动轴42，转动轴42的两端头通过轴承44固定在轴承底座43上。在一些控制精度要求较低的情况下，可以将钢索46直接搭在转动轴42上，在这种情况下，转动轴42截面为圆形最佳。在一些可行的实施方式中，转动机构包括转动轴42、滑轮41，转动轴42穿过滑轮41，滑轮41与转动轴42相对固定；在门楣11的上方还可以设置有轴承底座43，转动轴42穿过滑轮41后，其两端头通过轴承44固定在轴承底座43上。滑轮41上挂绕有钢索46，钢索46的两端头分别连接有配重体5和闸门本体3，在现场安装时，闸门本体3相对于闸门门框位于迎水面，而配重体5相对于闸门门框位于背水面。进一步的，请参见图2，还可以在门楣11上安装导线轮47，钢索46挂绕在滑轮41后，再挂绕在导线轮47上，最后再穿过门楣11；导线轮47对钢索起到导向作用，以使得钢索46能竖直穿过门楣11；达到合理利用空间的目的。

在一些可行的实施方式中，闸门门框的左右立柱12上开设有配重滑槽121、闸门滑槽122。进一步的，配重滑槽121的长度大于等于闸门本体3的最大可提升高度与配重体5的高度之和。配重体5的两端置于配重滑槽121中上下滑动，配重滑槽121对配重体5起到了导向、导滑作用。在一些可行的实施方式中，闸门滑槽122中还可以设置止水条，闸门本体3的两端置于闸门滑槽122中上下滑动；闸门滑槽122对闸门本体3起到导向作用的同时也起到了止水的效果。闸门本体相对于闸门门框位于迎水面，而配重体相对于闸门门框位于背水面。进一步地，还可以在门楣上安装导绳轮，钢索挂绕在绕绳器后，再挂绕在导绳轮上，最后再穿过门楣；导绳轮对钢索起到导向作用，以使得钢索能竖直穿过门楣，达到保持悬吊闸门和配重物的钢索竖直的目的。

进一步的，还可以在配重滑槽121内侧设置有导向轮45，配重体5的两端置于配重滑槽121中后，导向轮45与配重体5的前后侧面接触。当闸门本体3与配重体5之间存在间隙，即当闸门本体3厚度中心与配重体5厚度中心的间距不满足要求时，还可以通过调整导向轮45以调节闸门本体3与配重体5之间存在间隙。通过导向轮45可以阻挡配重体5在配重滑槽121中往返滑动时脱离配重滑槽121，避免安全事故的发生。

动力机构驱动齿条2升降，带动闸门本体3与配重体5相对上下升降，相对上下升降的闸门本体3与配重体5之间存在间隙，所述间隙应大于等于滑轮41直径，以使得上下升降的闸门本体3与配重体5之间不会发生干涉或者碰撞。具体的，动力机构正向带动齿条2向上运动时，闸门本体3与配重体5之间的平衡被打破，闸门本体3向上运动，通过钢索46带动配重体5向下运动；当动力机构反向带动齿条2向下运动时，闸门本体3下降，相对应的，钢索46带动配重体5上升，在一些可行的实施方式中，在左右立柱12上还可以设置有第一低位限位块83、第一高位限位块82、第二高位限位块81，第一低位限位块83、第一高位限位块82设置在配重滑槽121上，第二高位限位块81设置在闸门滑槽122上。当闸门本体3上移至第二高位限位块81处时，闸门处于全开状态，此时配重体5处于最低位置，最低位置可由第一低位限位块83限定；闸门完全关闭时，配重体5的最高位置可以由第一高位限位块82限定。

具体的，在配重体5重量等于闸门本体重量与齿条重量之和时，在由于配重体5通过钢索46和滑轮41平衡掉了闸门本体3和齿条2的重量，配重体和闸门处于受力平衡状态下，根据计算公式：（闸门质量+齿条质量-配重体质量）*g，g为重力加速度，得出齿条2齿纹与动力机构输出轴齿轮齿纹之间的正压力为理论计算为零。可见当配重体重量等于闸门重量与齿条重量之和时，齿条齿纹与减速机齿轮齿纹之间的压力为接近零， 因而摩擦力接近于零，在钢索46自重忽略不计的情况下，通过钢索46和滑轮41连接的配重体5与闸门本体处于受力平衡状态。在闸门的开启过程中，动力机构6只需要提供一个很小的力矩打破这种平衡状态，即可驱动齿条2提升。齿条2提升时，打破了配重体5与闸门本体之间的平衡，闸门本体在齿条2的拉力引导下向上运动，相应的，配重体5则以同样的速度向下运动，配重体5与闸门本体3处于平衡状态，配重体5与闸门本体3及齿条2的重力势能之和保持不变。相应的，在闸门的闭合过程中，动力机构只需要提供一个很小的反向力矩打破这种平衡状态，即可驱动齿条2向下运动。齿条2下降时，闸门本体3与配重体5的平衡状态被打破，闸门本体3向下运动；配重体5则以同样的速度向上运动，配重体5与闸门本体3处于平衡状态。由于闸门本体3和配重体5保持这种平衡状态，也就避免了闸门本体3在闭合过程中出现失速对底梁13造成冲击。从受力角度分析，闸门本体3上升时，配重体5所受重力通过滑轮41转化为对闸门的向上动力，使得闸门提升；闸门下降时，闸门所受重力通过滑轮41转化为配重体5提升的动力，配重体5升高。从能量转化角度分析，闸门本体3提升时，配重体5的重力势能减少，转化为闸门本体3和齿条2的重力势能；闸门本体3下降时，闸门本体3和齿条2重力势能减少，转化为配重体5的重力势能，配重体5上升，配重体5的重力势能增加。因此，在闸门本体3的启闭过程中，由于配重体5所受重力通过滑轮41抵消一部分闸门本体3的启闭力，配重体5的重力势能与闸门本体3及齿条2的重力势能之和互转，因此实现了减小闸门启闭过程中对动力机构的能量消耗的目的。

需要说明的是，在本申请中，配重体5重量可以小于或等于闸门本体3重量与齿条2重量之和。配重体5可以包括配重体承载平台或配重物，配重物数量可以为一个，也可以为若干个。从力矩角度分析，当闸门本体3重量和齿条2重量之和与配重体5的重量相等时，闸门本体3与齿条2的重力合力对转动轴42的力矩和配重体5的重力对转动轴42的力矩大小相等，方向相反，相互抵消，转动轴处于力矩平衡状态；因此，当配重体5的重量等于闸门本体3的重量和齿条2的重量之和时，闸门的开合能耗节省效果最佳。在实际案例中，由于各种因素影响，配重体5的重量很难精准把控，因此，配重体5总重量可以根据实际情况灵活配置。在配重体承载平台上，可以适量增加小重量的配重物作调节。

在一些可行的实施方式中，参见图3，当配重体5重量大于闸门本体3重量与齿条2重量之和时，转动机构可以包括绕绳器，绕绳器包括第一绕绳器411、第二绕绳器412。具体的，转动机构包括转动轴42、第一绕绳器411、第二绕绳器412，转动轴42穿过第一绕绳器411、第二绕绳器412，第一绕绳器411、第二绕绳器412与转动轴42相对固定；钢索46绕挂在第一绕绳器411、第二绕绳器412，钢索46的端头分别连接闸门本体3和配重体5，第一绕绳器411、第二绕绳器412上钢索46缠绕方向相反。钢索46可以是整体的一根，钢索46缠绕在第一绕绳器411后又反方向缠绕在第二绕绳器412上；钢索46也可以是独立的两根，分别在第一绕绳器411、第二绕绳器412相互反向缠绕。当闸门本体3在动力机构驱动下提升时，动力机构带动转动轴42正向转动，第一绕绳器411跟随转动轴42正向转动，第一绕绳器411上缠绕钢索46匝数增多，第一绕绳器411与闸门本体3间钢索长度变小，闸门本体3在配重体5的拉力下提升；同时第二绕绳器412跟随转动轴正向旋转，第二绕绳器412上的钢索匝数减少，第二绕绳器412与配重体5之间的钢索46长度增加，配重体5在重力作用下下降。

另外，相对上下升降的闸门本体与配重体之间存在间隙，闸门本体3处于开启状态时，当配重体5为一个高度尺寸小于闸门本体3的高度尺寸的块状结构时，配重体5应位于渠道或河道中水面上方才不会影响到开闸放水的效果。具体的，配重体5的高度尺寸可以根据具体渠道的开闸要求适应性设计，无论闸门本体是半开或者全开，只需要使得配重体的下端高于水面即可。

在具体设计过程中，配重体5可以有多种方式实现，第一种方式是将配重体5当做一个整体，当配重体5与闸门本体3采用同样材料制作完成时，则需要改变配重体5的长度尺寸或者宽度尺寸，一般情况下，配重体5和闸门本体3的长度尺寸一致，可以通过改变配重体5的宽度尺寸来实现配重体5的重量等于闸门本体3重量与齿条2重量之和的要求，因此，这样的方式需要加宽闸门门框的左右立柱12宽度，以满足相对上下升降的闸门本体3与配重体5之间存在间隙。第二种方式是将配重体5当做一个整体，配重体5与闸门本体3采用不同材料制作，配重体5的材料密度大于闸门本体3的材料密度，以达到配重体5的高度尺寸小于闸门本体3的高度尺寸的要求。在本申请中，请参见图1、图2，闸门本体3可以采用铝合金、镁铝合金、不锈钢等材料制成，配重体5可以采用镀锌铸铁、表面处理过的普通钢材、铅等密度较大，价格较低材质制成，配重体5的高度尺寸小于闸门本体3的高度尺寸。第三种方式是将配重体5由配重体承载平台和配重物或者其他物件组成，承载平台可以采用铝合金、镁铝合金、不锈钢等材质制作，保留一定的基本重量；配重物采用密度较大，价格较低的铸铁、普通钢材、铅块，铸造或锻造为成不同重量规格，其宽度与承载平台可匹配的长方体形配重物，以方便人工搬运。具体可根据闸门本体3和齿条2的实际重量进行配重。配重物数量可以为一个，也可以为若干个，在满足配重体5重量小于或等于闸门本体3重量和齿条2重量之和的要求下，可以根据工程实际需求增减。

在一些可行的实施方式中，参见图3，转动轴42的端部还可以设置有人工摇把75，通过人工摇把75驱动转动轴42，以使得钢索46带动闸门本体3及配重体5上下升降。

在一些可行的实施方式中，请参见图1、图4，在动力机构上连接有转向装置7，转向装置7固定于闸门门框之上，转向装置7内部包括第一伞形齿轮73、第二伞形齿轮74，第一伞形齿轮73、第二伞形齿轮74为一对相互齿合的伞形齿轮组，伞形齿轮组上分别连接有第一转向轴72和第二转向轴71，第一转向轴72和第二转向轴71之间成90度角，第一转向轴72通过联轴器62减速机蜗杆轴91，且与驱动电机6的动力轴为同轴状态，第二转向轴71正面对外，连接人工摇把卡口，人工摇把卡口可连接人工摇把75。人工摇把75为便携摇把，随用随安装，用完卸掉。当需要人工启闭闸门时，先将控制电机解锁，将人工摇把75安装在人工摇把75卡口上后，就可以以人力代替电机驱动闸门启闭。在一些可行的实施方式中，还可以直接在转动轴42的端部安装人工摇把75，通过转动人工摇把75，以驱动转动轴42，实现人力驱动闸门启闭。

在一些可行的实施方式中，可以突破配重体重量小于等于闸门本体重量+齿条重量的限制，在实际应用中，第一绕绳器和第二绕绳器的直径不相等时，但只要满足如下条件即可：

条件A：第一绕绳器直径 *第一绕绳器连接重物重量 = 第二绕绳器直径 *第二绕绳器连接重物重量，该公式表明：配重物和闸门要实现对转动轴的力矩平衡，他们的重量关系在二者绕绳器直径不同的情况下应满足的关系；

条件B：第一绕绳器连接重物重量*第一绕绳器连接重物最大可提升净高度*g=第二绕绳器连接重物重量 *第二绕绳器连接重物最大可提升净高度*g；该公式表明：配重物和闸门要实现二者重力势能在闸门升降过程中保持不变，他们的重量最大可提升高度在绕绳器直径不同的情况下应满足的关系；

上述条件A和条件B中的公式是最佳实践的量化要求，不满足以上两个公式同样可以达到节能效果，在相应条件下可以根据实际安装环境来选择绕绳器直径配比。

对于配重体5提升高度空间受限而宽度空间相对宽松的情况下，可以使配重体5重量大于闸门本体3重量，而同比缩小连接配重体5的绕绳器的直径，也可以达受力平衡、转动轴力矩平衡和两绕绳器连接重物重力势能之和保持不变的效果。

对于配重体5提升高度空间宽松而宽度空间相对受限的情况下，可以增大配重体5宽度而使配重体5重量与闸门重量相等，也可以减小配重体5的重量，使配重体5重量小于闸门本体及齿条2重量，按上述公式同比增大连接配重体提所连接的绕绳器的直径，也可以达到两重物受力平衡、转动轴力矩平衡和两绕绳器连接重物重力势能之和保持不变的效果。

进一步的，在一些可行的实施方式中，无法保证配重体重量*配重体力臂长度=闸门本体重量*闸门本体力臂长度，其中，配重体力臂为转动轴的轴中心线到配重体重力的作用线的距离；闸门本体臂为转动轴的轴中心线到闸门本体重力的作用线的距离。这种情况下，当配重体重量*配重体力臂长度<闸门本体重量*闸门本体力臂长度时，从受力角度分析，配重体所受重力通过转动轴，转化为闸门提升的拉力，该拉力小于闸门本体3的重力，无法将闸门本体3提升；闸门本体3所受重力通过转动轴42，转化为对配重体5向上的拉力，该拉力大于配重体5的重力，如无动力机构干预配重体将被提至最高位；从转动轴42的受力力矩分析，这种情况下，由于闸门本体3和配重体5都是受力不平衡的，动力机构需要在配重体侧补充提供一个同向扭矩，使得转动轴42实现力矩平衡，即可实现了配重体和闸门本体3的受力平衡；动力机构需要补充的扭矩大小为：闸门本体重量*闸门本体力臂长度-配重体重量*配重体力臂长度，显然小于没有配重体时，动力机构需要克服的扭矩：闸门本体重量*闸门本体力臂长度，因此部分节省了动力机构所需要的扭矩。从能量转化和动力机构做功的角度分析，在这种情况下，配重体势能不足以将闸门本体3提升到如下高度，可以根据公式：

闸门本体可提升高度 * 闸门本体重量 = 配重体可下降高度 * 配重体重量，计算出的闸门本体提升的高度，需要动力机构补充部分能量，动力机构补充的最小能量计算如下：

以下计算如不特别说明，闸门本体重量、闸门本体重力、闸门本体对转动轴的力矩等表述中，对闸门本体描述均包含了齿条；

假设动力机构提升闸门时需要转动轴转动N（N>0）转，动力机构对闸门本体做功W为：

W = （闸门本体重量*闸门本体力臂长度-配重体重量*配重体力臂长度）*N*2π,显然是大于零的。

显然：W< 闸门本体重量*闸门本体力臂长度*N*2π;

因此，当配重体重量*配重体力臂长度<闸门本体重量*闸门本体力臂长度时，该配重节能闸门没有达到最佳节省扭矩和节能效果，但相比没有配重节能的情况，减少了对动力机构的扭矩需求和能耗需求。

当配重体重量*配重体力臂长度>闸门本体重量*闸门本体力臂长度且配重体重量*配重体力臂长度<2*闸门本体重量*闸门本体力臂长度时，相当于在配重体重量*配重体力臂长度>闸门本体重量*闸门本体力臂长度的基础上，在配重体侧增加了一个闸门本体对转动轴的力矩，因此和闸门侧闸门对转动轴的力矩抵消，剩余只有原有配重体力矩的情况，由于原有配重体对转动轴的力矩小于闸门本体对转动轴的力矩，所以在配重体对转动轴的力矩大小在闸门本体对转动轴的力矩大小的一倍与两倍之间时，升降闸门对动力机构的驱动扭矩和能耗没有增加要求，任然时可以节能的。闸门本体与配重体之间关系应满足：配重体的重量*配重体力臂长度<2*闸门本体的重量*闸门力臂长度，其中，配重体力臂长度为转动轴的轴中心线到配重体重力的作用线的距离；闸门本体力臂长度为转动轴的轴中心线到闸门本体重力的作用线的距离；闸门本体重量包含了齿条的重量。在这种情况下，从受力角度分析，配重体5所受重力通过转动轴42，转化为闸门本体3提升的拉力，该拉力大于闸门本体3的重力；闸门本体3所受重力通过转动轴42，转化为对配重体5向上的拉力，该拉力小于配重体5的重力，如无动力机构干预闸门本体3将被提至最高位；从转动轴42的受力力矩分析，在这种情况下，由于闸门本体3和配重体5都是受力不平衡的，动力机构需要在闸门侧补充提供一个同向力矩，使得转动轴实现力矩平衡，即实现了配重体5和闸门本体3的受力平衡；动力机构需要补充的力矩大小为：配重体重量*配重体力臂长度-闸门本体重量*闸门本体力臂长度，由于配重体重量*配重体力臂长度>闸门本体重量*闸门本体力臂长度且配重体重量*配重体力臂长度<2*闸门本体重量*闸门本体力臂长度，所以所需动力机构的补充力矩小于闸门本体重量*闸门本体力臂长度，因此部分节省了动力机构所需要的扭矩，动力机构扭矩做功情况与配重体重力对转动轴的力矩<闸门本体重力对转动轴的力矩时相同，不再重复。

在本申请中，通过在闸门上设置了配重体5，通过配重体5配合闸门本体3的升降，来储存或释放重力势能，同时配重体5和闸门本体3以及齿条2在竖直方向保持受力平衡。在闸门本体3的启闭过程中，配重体5所受重力通过滑轮抵消一部分闸门本体3的启闭力，配重体5的重力势能和闸门本体3及齿条2的重力势能互转，实现了减小闸门启闭过程中对动力机构的能耗需求，从而降低对动力机构的功率需求，因此可配置功率更小的电机即可实现原有功能，达到节能和节约成本的目的。同时也极大减轻了人工手摇升降闸门的体能消耗，提高了手摇速度。

此外，在闸门本体的重力对转动轴的力矩等于配重体的重力对转动轴的力矩无法保证的情况下，只要能保证配重体重力对转动轴的力矩小于两倍的闸门本体重力对转动轴的力矩，依然可以达到节能的效果，当然，各配重体的重力对转动轴的总力矩与闸门本体的重力对转动轴的力矩差值越小，节能效果越好。

需要说明的是，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。基于本实用新型中的实施方式，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (15)

1.一种配重节能型齿条驱动闸门，包括闸门门框、闸门本体，所述闸门门框包括左右立柱，其特征在于，还包括配重体、齿条、转动机构，所述齿条固定在闸门上，所述转动机构包括转动轴，转动机构上绕挂有钢索，钢索的两端头分别连接闸门本体和配重体，所述闸门本体与配重体沿着左右立柱相对上下升降。

2.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：还包括动力机构，动力机构驱动齿条升降。

3.根据权利要求2所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述动力机构包括减速机。

4.根据权利要求2或3所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述动力机构与齿条的啮合处设置有固定装置。

5.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述转动机构还包括滑轮，转动轴穿过滑轮，所述滑轮与转动轴相对固定，钢索挂绕在滑轮上，钢索的端头分别连接闸门本体和配重体。

6.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述转动机构包括转动轴、绕绳器，转动轴穿过绕绳器，所述绕绳器与转动轴相对固定；所述绕绳器包括第一绕绳器、第二绕绳器，钢索绕挂在第一绕绳器、第二绕绳器上，钢索的端头分别连接闸门本体和配重体。

7.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述闸门门框的左右立柱上开设有配重滑槽、闸门滑槽，所述配重体的两端置于配重滑槽中上下滑动，所述闸门本体的两端置于闸门滑槽中上下滑动。

8.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述配重体为一个块状结构，配重体的高度尺寸小于闸门本体的高度尺寸，相对上下升降的闸门本体与配重体之间存在间隙。

9.根据权利要求7所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述配重滑槽内侧与配重体之间设置有导向轮。

10.根据权利要求7所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：在左右立柱上还设置有第一低位限位块、第一高位限位块、第二高位限位块，第一低位限位块、第一高位限位块设置在配重滑槽上，第二高位限位块设置在闸门滑槽上。

11.根据权利要求3所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述动力机构上连接有转向装置，转向装置内部为一对相互啮合的伞形齿轮组，伞形齿轮组上分别连接有第一转向轴和第二转向轴，第一转向轴和第二转向轴之间成90度角，第一转向轴通过联轴器连接减速机蜗杆轴，第二转向轴正面对外，连接人工摇把卡口，人工摇把卡口连接有人工摇把。

12.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：所述转动轴的端部设置有人工摇把。

13.根据权利要求7所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：配重滑槽的长度大于等于闸门本体的最大提升高度与配重体的高度之和。

14.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：配重体包括配重体承载平台、配重物，配重物的数量至少为一个。

15.根据权利要求1所述的一种配重节能型齿条驱动闸门，其特征在于：闸门本体与配重体之间关系应满足：配重体的重量*配重体力臂长度< 2*闸门本体的重量*闸门力臂长度，其中，配重体力臂长度为转动轴的轴中心线到配重体重力的作用线的距离；闸门本体力臂长度为转动轴的轴中心线到闸门本体重力的作用线的距离；闸门本体重量包含了齿条的重量。