CN220503834U - 一种配重节能型闸门 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配重节能型闸门，包括闸门本体、闸门门框，闸门门框包括左右立柱，还包括配重体、转动机构；转动机构包括转动轴，转动轴上缠绕有钢索端头分别连接闸门本体和配重体，配重体由数量至少两个的块状体组成，配重体沿着右立柱上下滑动，所述转动机构带动闸门本体与配重体相对上下升降。在本实用新型中的配重体和闸门通过钢索构成的组合，只需动力机构提供一个较小的驱动力驱动赋予初速度，即可实现闸门的启闭，从而达到节约能耗的目的。

Description

一种配重节能型闸门

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。闸门上升过程中，需要动力机构提供强大的动力克服闸门本体的重力，将闸门吊起，闸门下降过程中，动力机构还需要应对闸门强大的重力缓冲力，由于这种缓冲力能量未能回收利用，闸门下降过程中的重力势能白浪费掉了。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，如在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，在电力供应相对紧缺的环境中，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

本实用新型的目的在于提出一种配重节能型闸门，在闸门上设置了配重体，闸门本体和配重体分别通过转动轴一侧提供的钢索连接，使得配重体和闸门本体实现受力平衡，转动轴实现力矩平衡，配重体配合闸门的上升或下降，为闸门本体提供上升的拉力或下降的缓冲力，闸门工作的各个环节不再需要动力机构克服闸门巨大的重力或缓冲力而保持平衡，也不需要动力机构克服闸门本体和配重体所受重力做功，从而极大降低闸门的驱动力需求和能耗需求，达到降低驱动力和降低能耗的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种配重节能型闸门，包括闸门本体、闸门门框，闸门门框包括左右立柱，还包括配重体、转动机构；所述转动机构包括转动轴，转动轴上缠绕有钢索端头分别连接闸门本体和配重体，配重体由数量至少两个的块状体组成，配重体沿着右立柱上下滑动，所述转动机构带动闸门本体与配重体相对上下升降。

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）；

由于本实用新型中涉及到多个配重体，这些配重体对转动轴的总力矩为各个配重体对转动轴的力矩之和，即：

配重体重力对转动轴的总力矩=∑配重体力矩=∑配重体重力*配重体力臂；

各配重体的力臂长度为连接各配重体的钢索与转动轴之间的距离，这里假设连接各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。

进一步的，各配重体重力对转动轴的力矩之和<2*闸门本体重力对转动轴的力矩。

优选的，各配重体重力对转动轴的力矩之等于闸门本体重力对转动轴的力矩。

进一步的，闸门门框的左右立柱上开设有配重滑槽、闸门滑槽，所述配重体的端部置于配重滑槽中上下滑动，所述闸门本体的端部置于闸门滑槽中上下滑动。

在一些可行的实施方式中，配重滑槽、闸门滑槽分别开设在左右立柱的同侧，配重体、闸门本体的端部分别置于配重滑槽、闸门滑槽中上下滑动，上下升降的闸门本体与配重体之间存在间隙。

在一些可行的实施方式中，配重滑槽、闸门滑槽分别开设在左右立柱的异侧，配重体、闸门本体的端部分别置于配重滑槽、闸门滑槽中上下滑动，配重体位于闸门门框外侧。

在一些可行的实施方式中，转动轴上还设置有绕绳器，所述绕绳器包括第一绕绳器、第二绕绳器，绕绳器固定在转动轴上，第一钢索段缠绕在第一绕绳器上，第二钢索段缠绕在第二绕绳器上。

在一些可行的实施方式中，转动轴上还设置有滑轮，所述滑轮固定在转动轴上，钢索绕过滑轮，钢索在滑轮的两侧分别为第一钢索段和第二钢索段。

进一步的，绕绳器可在转动轴的轴向上滑动。

在一些可行的实施方式中，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，还包括动力机构，所述动力机构包括电机。

在一些可行的实施方式中，所述动力机构还包括减速机。

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，转动轴的端部安装有人工摇把。

优选的，配重滑槽的长度大于等于闸门本体的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，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。

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闸门包括闸门本体，还包括配重体、转动机构，配重体为两个或多个块状结构。配重体对转动轴产生的总力矩为各分配重体块对转动轴的力矩之和。在各配重体对转动轴的力矩之和等于闸门本体重力对转动轴的力矩的情况下，配重体和闸门本体实现受力平衡，转动轴实现力矩平衡，配重体配合闸门的上升或下降，为闸门本体提供上升的拉力或下降的缓冲力，同时储存闸门本体的下降过程释放的重力势能或为闸门本体上升过程提供重力势能，闸门本体和配重体构成的组合，在闸门本体升降过程中实现重力势能守恒。由于闸门本体的重力和配重体的重力，均被转动轴承载，在闸门启闭过程的起步、运行和制动各阶段，不再需要动力机构克服闸门本体巨大的重力或缓冲力，也不需要动力机构克服闸门本体和配重体的重力做功；在闸门本体起步阶段只需要提供一个较小的驱动力，克服各环节的摩擦力和使闸门本体与配重体获得一定初速度，在闸门本体运行阶段仅需克服各环节的摩擦力，维系闸门本体和配重体的以一定速度的升降，不需要动力机构克服闸门本体和配重体所受重力做功，从而极大降低闸门的驱动力需求和能耗需求，实现了减小闸门启闭过程中动力机构的对能量消耗的需求，潜在提升了动力机构的待机时间。

2.本实用新型由于闸门工作的各个环节不再需要动力机构克服闸门巨大的重力或缓冲力，延长了动力机构受用寿命，人工启闭更加省时省力。

3．本申请中的配重体为至少两个沿着左右立柱上下滑动的块状结构，在开闸放水时，闸门门框的中部不会被配重体阻挡，因而不会影响到闸门开启时的泄水效果。

附图说明

图1为本实用新型的一种可行的实施方式的结构图；

图2为本实用新型的另一种可行的实施方式的结构图；

图3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、底梁13、中立柱14、驱动齿轮2、闸门本体3、转动轴42、第一绕绳器411、第二绕绳器412、轴承座43、轴承44、导向轮45、钢索46、导绳轮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、第一高位限位块81、第二高位限位块82、第一低位限位块83、减速机9、减速机蜗杆轴91。

具体实施方式

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。

本实用新型的一种配重节能型闸门包括闸门本体3、闸门门框，还包括配重体5、转动机构，转动机构包括转动轴42。闸门门框由门楣11、左右立柱12及底梁13合围而成。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，还可以包括减速机9，驱动电机6连接减速机9，可以通过动力机构驱动转动机构转动，在一些可行的实施方式中，参见图1，转动机构可以设置在门楣11上，也可以在闸门门框的近处单独设置中立柱1412，参见图2，转动机构置于中立柱1412上。转动轴42两端与轴承44固定在轴承44座43上，轴承44座43固定在门楣11上。所述配重体5由数量至少两个的块状体组成，配重体5沿着右立柱12上下滑动，所述转动机构带动闸门本体3与配重体5相对上下升降。

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。请参见图1，配重滑槽121、闸门滑槽122可以开设在左右立柱12的同侧上；也可以分别开设在左右立柱12的异侧，请参见图2。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。

当配重滑槽121、闸门滑槽122可以开设在左右立柱12的同侧时，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。进一步地，还可以在门楣11上安装导绳轮47，导绳轮47对钢索46起到导向作用，以使得钢索46能竖直穿过门楣11，达到保持悬吊闸门和配重物的钢索46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。或者在配重体5上设置有导向轮45，配重体5的两端置于配重滑槽121中后，导向轮45与配重滑槽121内侧面接触。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厚度中心的间距大于绕绳器的直径时，或者当闸门厚度中心与配重体5厚度中心的间距与滑轮直径不匹配时，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。

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。

以配重体5为两个块状结构为例，请参见1，配重滑槽121、闸门滑槽122分别开设在左右立柱12的同侧，配重体5、闸门本体3的端部分别置于配重滑槽121、闸门滑槽122中上下滑动，上下升降的闸门本体3与配重体5之间存在间隙。配重体5的高度尺寸可以小于、大于或等于闸门本体3的高度尺寸；请继续参见图2，配重滑槽121、闸门滑槽122分别开设在左右立柱12的异侧，配重体5、闸门本体3的端部分别置于配重滑槽121、闸门滑槽122中上下滑动，配重体5位于闸门门框外侧。闸门本体3处于开启状态时，配重体5的高度不会影响到开闸放水的效果。

进一步的，配重滑槽121内侧与配重体5之间设置有导向轮45。导向轮45可以设置在配重滑槽121内侧，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。导向轮45可以在设置在配重体5上，配重体5的两端置于配重滑槽121中后，导向轮45与配重滑槽121内侧面接触。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厚度中心的间距大于定滑轮的直径时，或者当闸门厚度中心与配重体5厚度中心的间距与滑轮直径不匹配时，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。

在一些可行的的实施方式中，当闸门为双钢索46驱动时，在转动轴42上设置有驱动齿轮2，动力机构的动力轴与驱动齿轮2进行齿轮啮合。在转动机构中转动轴42上缠绕有第一钢索段、第二钢索段，第一钢索段和第二钢索段各自的一端都与转动轴42固定；第一钢索段、第二钢索段分别以相反的方向缠绕在转动轴42上，因而转动轴42的两侧均有钢索46，转动轴42一侧的钢索46连接闸门、另一侧钢索46中不同钢索46分别连接不同配重体5。

在一些可行的实施方式中，第一钢索段、第二钢索段可以是一单独的钢索46，也可以是整条钢索46的一部分。第一钢索段、第二钢索段可以分别是一条或者数条。一般情况下，为了确保闸门和配重体5保持平衡，第一钢索段、第二钢索段分别设置有两条。在这种情况下,在计算闸门和各配重体5对转动轴42的力矩时，各配重体5力臂长度与闸门力臂长度可能会因为转动轴42直径不均匀而不相等，各配重体5的力臂长度等于连接该配重体5的钢索46与转动轴42连接处的转动轴42的半径,闸门力臂长度等于连接闸门本体3的钢索46与转动轴42连接处转动轴42的半径。

在一些控制精度要求较低的实施方式中，转动机构中钢索46直接在转动轴42缠绕数圈，以防钢索46与转动轴42之间打滑，然后钢索46两端分别从转动轴42两侧引出，从两侧引出钢索46角度观察，钢索46两端头在转动轴42上缠绕方向是相反的。转动轴42两侧引出的钢索46两端头，一端与闸门连接，另一端不同钢索46分别连接各配重体5，在这种情况下,在计算闸门和各配重体5对转动轴42的力矩时，各配重体5力臂长度与闸门力臂长度可能会因为转动轴42直径不均匀而不相等，各配重体5的力臂长度等于连接该配重体5的钢索46与转动轴42连接处的转动轴42的半径,闸门力臂长度等于连接闸门本体3的钢索46与转动轴42连接处转动轴42的半径。

在一些控制精度要求较低的实施方式中，转动机构中钢索46通过定滑轮缠绕，钢索46两端分别从固定在转动轴42上的定滑轮两侧（即转动轴42两侧）引出。转动轴42两侧引出的钢索46两端头，一端与闸门连接，另一侧钢索46中不同钢索46分别连接各配重体5。在这种情况下,各配重体5力臂长度与闸门力臂长度相等，都等于滑轮半径。

在一些可行的对控制精准度要求较高的实施方式中，转动机构中转动轴42上设置有第一绕绳器411、第二绕绳器412，绕绳器径向固定在转动轴42上，第一钢索段、第二钢索段的一端分别与固定在第一绕绳器411、第二绕绳器412上，然后第一钢索段缠绕在第一绕绳器411上，第二钢索段缠绕在第二绕绳器412上，分别以相反的方向缠绕在绕绳器上，即：第一钢索段在第一绕绳器上和第二钢索段在第二绕绳器上的缠绕方向相反。第一钢索段的一端连接闸门、第二钢索段的不同钢索46分别连接各配重体5。

第一绕绳器411跟随转动轴42正向转动时，绕绳器上缠绕钢索46匝数增多，绕绳器与闸门本体3间钢索46长度变小，闸门在配重体5的拉力下提升；同时第二绕绳器412跟随转动轴42正向旋转，由于第一绕绳器411和第二绕绳器412上钢索46缠绕方向相反，第二绕绳器412上的钢索46匝数减少，绕绳器与配重体5之间的钢索46长度增加，配重体5在重力作用下下降。动力机构驱动转动机构转动，转动机构带动闸门本体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。

一般情况下，为了确保闸门本体3和配重体5保持平衡，第一绕绳器411、第二绕绳器412分别设置有两个，第一钢索段、第二钢索段分别设置有相同的两条。在这种情况下,各配重体5力臂长度相等，都等于连接该配重体5的绕绳器半径，闸门本体3力臂长度为连接闸门本体3的绕绳器半径。

当各配重体5重力对转动轴42的总力矩等于闸门本体3重力对转动轴42的力矩时，配重节能效果最佳。在一些具体的实践中，可能出现需要兼顾节能和其他因素，无法使得各配重体5重力对转动轴42的总力矩等于闸门本体3重力对转动轴42的力矩的关系满足，在这种情况下，只要保证各配重体5重力对转动轴42的总力矩小于两倍的闸门本体3重力对转动轴42的力矩，依然可以达到节能的效果。绕绳器随着转动轴42同步转动，可在转动轴42的轴向自行滑动，确保钢索46受力后仍旧保持与转动轴42垂直。

不同厂家的绕绳器可能结构略有不同，有的绕绳器只有一端设置有固定点，有的绕绳器两端均有固定点，在这种情况下，具体绕绳方式可根据实际情况灵活设置，只要使转动轴42两侧的钢索46分别连接的闸门和配重体5保持安全平衡稳定姿态即可。

优选的，钢索46通过绕绳器在转动轴42上缠绕，各绕绳器直径相同。

优选的，绕绳器可在转动轴42的轴向自行滑动，确保钢索46受力后仍旧保持与转动轴42垂直。

需要说明的是，本实用新型中提到的钢索46、第一钢索46、第一钢索段、第二钢索46、第二钢索段等，是按用途列举的，并非是指一根独立的钢索46，在实际的设计实践中，可以是一条独立的钢索46，也可以是一整条钢索46的一部分。在钢索46、第一钢索46、第一钢索段、第二钢索46、第二钢索段分别设置有两条多或多条的情况下，可以使用一条钢索46不同部分，来承担不同的用途。例如：第一绕绳器411上缠绕的第一钢索46和第二绕绳器412上缠绕的第二钢索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；钢索46也可以是独立的两根，分别在第一绕绳器411和第二绕绳器412相互反向缠绕。

在一些可行的实施方式中，可以在闸门本体3上设置螺杆或者齿条，或在转动轴42上安装驱动齿轮2，当各配重体5重力对转动轴42的总力矩小于两倍的闸门本体3重力对转动轴42的力矩时，需要动力机构提供大小为闸门本体3重力对转动轴42的力矩减去各配重体5重力对转动轴42的总力矩的力矩来使得转动轴42达到平衡状态，显然，该力矩小于闸门本体3重力对转动轴42的力矩；当各配重体5重力对转动轴42的总力矩等于闸门本体3重力对转动轴42的力矩时，该力矩为零，转动轴42力矩平衡，闸门本体3和各配重体5的重力均被转动轴42承载，动力机构不需要提供额外的扭矩使得转动轴42达到平衡状态。因此，采用配重节能技术后，只需要动力机构提供小于闸门重力对转动轴42的力矩，就能驱动螺杆或齿条升降或驱动转动轴42转动，从而带动闸门升降。

在一些可行的实施案例中，在实际闸门重量较大的情况下，可以适量增加转动轴42两侧的钢索46数量，并按照钢索46在转动轴42上的连接方式增加相应的绕绳器或滑轮或钢索46连接点。在实际闸门本体3重量较小的情况下，在安全措施得到保障的情况下，也可以将转动轴42两侧的钢索46减少到一条；在一些可行的实施方案中，在安全措施得到保障的情况下，可以使用其他材质绳索或链条、皮带、杆状物、代替钢索46或钢索46的一部分。

转动机构中转动轴42两侧的钢索46，一侧连接闸门本体3，一侧连接配重体5，在闸门本体3重力对转动轴42的力矩 = 各配重体5重力对闸门本体3的总力矩条件满足时，当各配重体5力臂等于闸门力臂时，且此时各配重体5可以看作一个整体，各配重体5同步和闸门本体3相对上升下降，配重体5和闸门本体3相对上升下降过程速度大小相等，方向相反，因而配重体5升降高度等于闸门本体3升降高度。根据重力势能计算公式P=mgh，P代表重力势能，m代表质量，g代表重力加速度，h代表高度；各配重体5减少的总重力势能等于闸门本体3增加的重力势能；闸门本体3下降时，闸门本体3重力势能减少，配重体5配被提升，重力势能增加，同理，配重体5增加的总重力势能等于闸门本体3减少的重力势能。因此，在闸门本体3的启闭过程中，只需要动力机构给配重体5和闸门提供一个初速度，输出极少能量，即可实现闸门的启闭，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。

在一些可行的实施例中，绕绳器可在转动轴42上滑动。绕绳器径向固定在转动轴42上，轴向可以在转动轴42上随着钢索46的缠绕倾斜度自我滑动调整，以确保钢索46在缠绕过程中始终垂直于转动轴42。具体的，第一绕绳器411缠绕有钢索46，钢索46的一端头固定在绕绳器上，另一端头连接闸门本体3；第二绕绳器412缠绕有钢索46，钢索46的一端头固定在绕绳器，另一端头各钢索46分别连接不同配重体5。当闸门提升时，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，绕绳器上缠绕钢索46匝数增多，第一绕绳器411与闸门之间的钢索46趋于偏离垂直于转动轴42的方向，此时重力会产生一个分力将第一绕绳器411拉回第一绕绳器411与闸门之间的钢索46垂直于转动轴42垂直的位置。当闸门本体3下降时，动力机构带动转动轴42反向转动，第一绕绳器411跟随转动轴42反向转动，绕绳器上缠绕钢索46匝数减少，第一绕绳器411与闸门之间的钢索46趋于偏离垂直于转动轴42的方向，与闸门上升情况一样，此时重力会产生一个分力将第一绕绳器411拉回第一绕绳器411与闸门之间的钢索46垂直于转动轴42垂直的位置。

闸门本体3采用铝合金、镁铝合金、不锈钢等材料制成。配重体5有多种实现方式，第一种方式是，将各配重体5分别作为一个整体，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的宽度尺寸小于闸门本体3的宽度尺寸。第二种方式是，可以将各配重体5分别由配重体5承载平台和配重物组成，承载平台采用铝合金、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，可根据闸门本体3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重量可以根据工程实际需求增减。

具体的，当转动轴42处于力矩平衡时，动力机构正向带动转动轴42转动，闸门和配重体5之间的平衡打破，闸门向上移动，通过钢索46带动配重体5向下移动；当动力机构反向带动转动轴42转动时，闸门本体3下移，相对应的，钢索46带动配重体5向上移动，在一些可行的实施方案中，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81、第二高位限位块82，第一低位限位块83、第一高位限位块81设置在配重滑槽121上，第二高位限位块82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82处时，闸门处于全开状态。配重体5处于最低位置，最低位置可有第一低位限位块83限定，配重体5也有第一高位限位块81，闸门完全关闭时，配重体5不得越过第一高位限位块81。

在闸门本体3重力对转动轴42的力矩=各配重体5重力对转动轴42总力矩的情况下，转动机构和转动轴42处于力矩平衡状态，转动机构一侧钢索46对闸门本体3的向上拉力，与闸门本体3重力大小相等；转动机构另一侧钢索46对各配重体5的拉力，分别与该配重体5重力大小相等，实现了闸门本体3和各配重体5各自的受力平衡。

当闸门本体3重力对转动轴42的力矩=各配重体5重力对转动轴42总力矩时，由于闸门本体3的重力和配重体5的重力，均被转动轴42承载，在闸门提升过程的起步、运行和制动各阶段，不再需要动力机构克服闸门本体3巨大的重力，也不需要动力机构克服闸门本体3和配重体5的重力做功；动力机构在闸门本体3起步阶段只需要提供一个较小的驱动力，克服各环节的摩擦力和使闸门本体3与配重体5获得一定的向上初速度，在闸门本体3运行阶段仅需克服各环节的摩擦力，维系闸门本体3和配重体5的以一定速度的上升，在闸门本体3制动阶段提供较小的缓冲力配合各环节摩擦力作为阻力，而使闸门迅速制动。

在闸门关闭过程的起步、运行和制动各阶段，动力机构不再需要克服闸门本体3巨大的缓冲力，动力机构在闸门本体3起步阶段只需要提供一个较小的驱动力，克服各环节的摩擦力和使闸门本体3与配重体5获得一定都向下初速度，在闸门本体3运行阶段仅需克服各环节的摩擦力，维系闸门本体3和配重体5的以一定速度的下降，在闸门本体3制动阶段提供较小的缓冲力配合各环节摩擦力作为阻力，而使闸门迅速制动，轻松避免了闸门本体3下降过程中可能的失速造成事故。

在实际应用中，闸门本体3重力对转动轴42的力矩=各配重体5重力对转动轴42总力矩,就能达到最佳节能效果；在实际生产中，不能因为仅需节能而使闸门的开启空间受限，因此，在闸门本体3重量和闸门最大提升高度确定的情况下，要结合配重体5的最大可提升空间高度来决定配重体5的总重量和连接各配重体5的绕绳器半径大小，在这种情况下，建议连接各配重体5的绕绳器半径相等，以使得问题简化。下面的论述，假设连接各配重体5的绕绳器半径相等。可以根据以下条件进行选型：闸门本体可提升（下降）最大高度*闸门本体重力=配重体可下降（提升）最大高度 * 配重体总重力；根据该条件可以估算出当各配重体5力臂相等时，配重体5的最小总重量，实际设计时配重体5的总重量要大于该最小重量，在确定配重体5总重量后，可以根据以上条件估算出第一绕绳器411和第二绕绳器412的半径比；在实际操作中，需要结合实际情况来确定配重体5可下降（提升）最大高度和配重体5总重量，而不一定要取极值。需要根据实际安装环境来选择绕绳器半径配比：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总重量大于闸门重量，而同比缩小连接配重体5的绕绳器的直径，也可以达到两重物受力平衡、转动轴42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高度而使配重体5总重量与闸门重量相等，也可以减小配重体5的总重量，使配重体5总重量小于闸门重量，按上述配比条件同比增大连接配重体5绕绳器的直径，也可以达到两重物受力平衡、转动轴42力矩平衡、闸门和各配重体5重力势能之和守恒的效果。

当闸门本体3的重力对转动轴42的力矩=各配重体5的重力对转动轴42的总力矩时，在闸门本体3的上升和下降过程中，以及在闸门本体3的起步和制动过程中，动力机构的输出主要用于克服各环节摩擦和赋予闸门本体3、配重体5以及转动轴42微量的动能，相对于二者的重力势能，闸门和配重体5动能可以忽略不计，增加配重体5后因整体质量增大，在启动过程中加速到初速度而多消耗的能量即配重体5的动能可以忽略不计。由此可知，在闸门的起步、上升、下降、制动的各环节，配重体5和闸门重力势能之和保持不变，如果没有特别的加速度，闸门和配重体5时刻处于平衡状态。提升闸门只需动力机构提极小的力矩打破闸门本体3和配重体5平衡赋予闸门本体3和配重体5一定的初速度，然后动力机构只需克服各环节摩擦力即可使闸门本体3保持以一定速度上升。闭合闸门只需动力机构提极小的力矩打破闸门本体3和配重体5平衡赋予闸门本体3和配重体5一定的初速度，然后动力机构只需克服各环节摩擦力即可保持闸门以一定速度下降；在闸门的上升过程中，动力机构不再像之前的方案那样克服闸门重力做功；在闸门的下降制动时动力机构也不再需要对抗闸门的巨大重力缓冲力。由于配重体5的重力势能和闸门的重力势能互转，实现了减小闸门启闭过程中对动力机构的能量消耗的目的。

在一些可行的实施方式中，配重体5可以包括配重体5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，当条件：闸门本体重力 * 闸门本体力臂长度=∑配重体重力*配重体力臂时，闸门本体的重力对转动轴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42处于力矩平衡状态，闸门的启闭能耗节省效果最佳。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5承载平台上，可以适量增加小重量的配重物做调节。

在一些可行的实施方式中，请继续参见图3，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为一对相互啮合的伞形齿轮组，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连接减速机蜗杆轴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75卡口，人工摇把75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。

进一步的，在一些可行的实施方式中，无法保证闸门本体3的重力对转动轴42的力矩和配重体5的重力对转动轴42的总力矩大小相等，可以分两种情况分析：

（一）当闸门本体3重力对转动轴42的力矩大于配重体5的重力对转动轴42的总力矩时：从受力角度分析，各配重体5所受重力通过转动轴42，转化为闸门提升的拉力，该拉力小于闸门的重力，无法将闸门提升；闸门所受重力通过转动轴42，转化为对各配重体5向上的拉力，该这些分散下去的拉力分力都大于各配重体5的重力，如无动力机构干预配重体5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5侧补充提供一个扭矩，使得转动轴42正反向力矩大小相等，以实现配重体5和闸门本体3的受力平衡，转动轴42也实现了力矩平衡；动力机构需要补充的扭矩大小为：闸门本体3的重力对转动轴42的力矩-配重体5的重力对转动轴42的总力矩（这只是数值大小的运算，切勿当矢量运算），显然小于没有配重体5时，动力机构需要克服的闸门本体3的重力对转动轴42的力矩，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，各配重体5重体势能之和不足以将闸门本体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 * 配重体总重量，计算出的闸门本体提升到置顶高度，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：

假设动力机构提升闸门时需要长相转动N（N>0）转，动力机构对闸门本体3做功W为：

W = （闸门本体对转动轴的力矩-配重体重力对转动轴的力矩）*N*2π,显然是大于零的。

显然：W< 闸门本体对转动轴的力矩*N*2π;

因此，当各配重体重力对转动轴的总力矩<闸门本体重力对转动轴的力矩时，该配重节能闸门没有达到最佳节省扭矩和最佳节能效果，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。

（二）各配重体5重力对转动轴42的总力矩在闸门本体3重力对转动轴42的力矩一倍到两倍范围之间时，相当于在各配重体5对转动轴42的总力矩小于闸门本体3对转动轴42的力矩的基础上，配重体5侧增加了闸门本体3重力对转动轴42的力矩，此时，配重体5偏重。在这种情况下，从受力角度分析，各配重体5所受重力通过转动轴42，转化为闸门提升的拉力，该拉力大于闸门的重力；闸门本体3所受重力通过转动轴42，转化为对各配重体5向上的拉力，分配到各配重体5，各配重体5分配得到的拉力小于配重体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力矩，使得转动轴42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：各配重体的重力对转动轴的总力矩-闸门本体的重力对转动轴的力矩，由于闸门本体的重力对转动轴的力矩<各配重体的重力对转动轴的总力矩<2*闸门本体的重力对转动轴的力矩，所以所需动力机构的补充力矩小于闸门本体3的重力对转动轴42的力矩。此时，在实现闸门关闭时，需要动力机构补充力矩提起配重体5，此补充力矩小于没有配重体5的情况下，提起闸门本体3所需要的力矩，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各配重体5重力对转动轴42的总力矩<闸门本体3重力对转动轴42的力矩时相同，不再重复。当闸门开启时，各配重体5提供的重力势能大于闸门本体3提升所需要的重力势能，各配重体5提供提升力大于闸门本体3的重力，需要动力机构提供额外的缓冲力来平衡掉多余的提升力，因此要尽量避免。

综上分析，当闸门本体重量*闸门本体力臂长度< 配重体重量*配重体力臂长度<2*闸门本体重量*闸门本体力臂长度时,本配重节能方案可以达到节能的效果；当闸门本体重量*闸门本体力臂长度 = 配重体重量*配重体力臂长度时，配重节能效果达到最佳。

本实用新型的配重节能闸门，在闸门本体的重力对转动轴的力矩=各配重体的重力对转动轴的总力矩的情况下，各配重体5和闸门本体3实现受力平衡，转动轴42实现力矩平衡，各配重体5配合闸门的上升或下降，为闸门本体3提供上升的拉力或下降的缓冲力，同时储存闸门本体3的下降过程释放的重力势能或为闸门本体3上升过程提供重力势能，闸门本体3和各配重体5构成的组合，在闸门本体3升降过程中实现重力势能守恒。由于闸门本体3的重力和各配重体5的重力，均被转动轴42承载，在闸门启闭过程的起步、运行和制动各阶段，不再需要动力机构克服闸门本体3巨大的重力或缓冲力，也不需要动力机构克服闸门本体3和各配重体5的重力做功；动力机构在闸门本体3起步阶段只需要提供一个较小的驱动力，克服各环节的摩擦力和使闸门本体3与各配重体5获得一定初速度，在闸门本体3运行阶段仅需克服各环节的摩擦力，维系闸门本体3和各配重体5的以一定速度的升降，在闸门本体3制动阶段提供较小的缓冲力配合各环节摩擦力作为阻力，而使闸门迅速制动，轻松避免了闸门本体3下降过程中可能的失速造成事故。由于不需要动力机构克服闸门本体3和各配重体5所受重力做功，从而极大降低闸门的驱动力需求和能耗需求，实现了减小闸门启闭过程中动力机构的对能量消耗的需求，潜在提升了动力机构的待机时间，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3的重力对转动轴42的力矩等于各配重体5的重力对转动轴42的总力矩无法保证的情况下，只要能保证各配重体5的重力对转动轴42的总力矩小于两倍的闸门本体3的重力对转动轴42的力矩，依然可以达到节能的效果，当然，各配重体5的重力对转动轴42的总力矩与闸门本体3的重力对转动轴42的力矩差值越小，节能效果越好。

本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种配重节能型闸门，包括闸门本体、闸门门框，闸门门框包括左右立柱，其特征在于，还包括配重体、转动机构；所述转动机构包括转动轴，转动轴上缠绕有钢索端头分别连接闸门本体和配重体，所述配重体由数量至少两个的块状体组成，配重体沿着右立柱上下滑动，所述转动机构带动闸门本体与配重体相对上下升降。

2.根据权利要求1所述的一种配重节能型闸门，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，所述配重体的端部置于配重滑槽中上下滑动，所述闸门本体的端部置于闸门滑槽中上下滑动。

3.根据权利要求2所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，所述配重滑槽、闸门滑槽分别开设在左右立柱的同侧，配重体、闸门本体的端部分别置于配重滑槽、闸门滑槽中上下滑动，上下升降的闸门本体与配重体之间存在间隙。

4.根据权利要求2所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，所述配重滑槽、闸门滑槽分别开设在左右立柱的异侧，配重体、闸门本体的端部分别置于配重滑槽、闸门滑槽中上下滑动，配重体位于闸门门框外侧。

5.根据权利要求1所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，所述转动轴上还设置有绕绳器，所述绕绳器包括第一绕绳器、第二绕绳器，绕绳器固定在转动轴上，第一钢索段缠绕在第一绕绳器上，第二钢索段缠绕在第二绕绳器上，第一钢索段在第一绕绳器上和第二钢索段在第二绕绳器上的缠绕方向相反。

6.根据权利要求5所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，所述绕绳器可在转动轴的轴向上滑动。

7.根据权利要求2所述的一种配重节能型闸门，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。

8.根据权利要求2所述的一种配重节能型闸门，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。

9.根据权利要求1所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，还包括动力机构，所述动力机构包括驱动电机。

10.根据权利要求9所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，所述动力机构包括减速机。

11.根据权利要求10所述的一种配重节能型闸门，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闸门，其特征在于，所述转动轴的端部安装有人工摇把。

13.根据权利要求2所述的一种配重节能型闸门，其特征在于，配重滑槽的长度大于等于闸门本体的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闸门，其特征在于，所述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。