CN85204720U - 无动力上升式筏道闸门 - Google Patents

Abstract

无动力上升式筏道闸门是一种挡水面由椭圆弧面构成的弧形闸门。其铰心与该椭圆的中心重合，其顶缘与该椭圆的长轴顶点一致。并有一条平衡闸门重量的平衡尾。它借水对闸门的负压力开闸；又借闸体自身重量不平衡之力矩关闸，省去了闸门通常复杂的启闭设备，从而降低了造价。特别是在无外接电源(动力)之场所更能显示其实用价值。

Description

本实用新型属于木材水运的工程建筑物。

各种排筏在溪河中运行，象船舶一样需要一定的流量和水深。在水量不足的河道中修建闸坝来调节迳流，以提高流送能力。排运特点要求它的闸门过水开敞，启闭灵活，因此一般均采用电动控制升降的平面或弧形闸门，这种闸门要有成套复杂的启闭设备和高出水头一倍以上的工作桥，所以造价比较高，并且必须有外接电源，当采用双机起吊时，又往往会因不同步而发生故障。为了解决上述问题，我国近年来在有的筏道上采用了由水力自控的浮体闸。1985年5月国家林业部颁发的“木材水运工程规范”中就提到了它。这种水力自控的浮体闸，虽然不用高耸的工作桥和复杂的启闭设备及动力，但它是一个整体性很强的多铰结构，故止水是个难题，同时淤积对它的影响也很大，一旦某处出了问题就会迫使整个闸体停止运行，更因为它的所有部件都在水下，维修非常不便，所以它要较多的费用和时间耗于检修上，这对于长年流送的河道是不容忽视的。

本实用新型的目的是要提供一种无动力上升式筏道闸门，该闸门的启闭的完全由水力自控。

本实用新型因为它完全是水力自控的，所以不同工作桥及复杂的启闭设备，即使无外接电源（动力）也能正常启闭，这在缺电的林区溪河中特具意义；同时也因此不致存在宽闸双机起吊不同步的问题；并且在造价上也能相应降低。另外因为它的构件在开启时均在水面之上，所以不易发生故障，即使维修也十分方便。

本实用新型的具体结构由以下附图给出。

图1是无动力上升式筏道闸门“开”状示意图。

图2是无动力上升式筏道闸门“关”状示意图。

图3是无动力上升式筏道闸门关（开）闸操纵装置大样剖面图。

以上各图中的零部件的编码代号是：1－开闸操纵装置 2－闸头 3－骨架 4－主骨架 5－稳定筋 6－轴梁 7－平衡尾 8－关闸操纵装置 9－交通桥 10－闸墩 11－控速绳 12－缓冲软垫 13－固定座 14－开（关）闸栓 15－弹簧 16－传引杆 17－开（关）操纵杆 18转轴

－档水面 O－铰心。

本实用新型由通常的弧形闸门演变而来，要点在于它的挡水面（

）是椭园的一部分，由骨架（3）撑张成形。闸门的顶缘（A）与该椭园的长轴顶点一致；闸门的铰心（O）与该椭园的中心重合。铰心（O）置于一条横贯全闸的轴梁（6）上。一条主骨架（4）由闸门下缘（B）通过铰心向后沿伸至平衡尾（7），在闸门全关时这条主骨架（4）与水平线的交角和闸门挡水面（

）所对的园心角成60°的对顶角；在闸门全开时这条主骨架（4）呈水平状，这时平衡尾（7）端的自重对铰心（O）之力矩，略小于闸头（3）端的自重对铰心（O）之力矩，这两力矩之差值，就是关闸力矩。在关闸前这关闸力矩被扣压于关闸栓（9）之下而达到平衡。当需要关闸时，只要扳动关闸操纵杆（8），使关闸栓（14）从平衡尾上脱开，“头、尾”二端力矩之差值复即出现，而使闸头（2）向下关方向转动，又因为在这旋转的平面上，平衡尾（7）只是一个点，而那闸头（2）即是一个椭弧形的线，故在闸头（2）下转（关）时，“头、尾”两边的重心至铰心（O）的水平距离会发生变化，那平衡尾（7）端会随着旋转角度的增大而减短；而闸头（2）端会随着旋转角度的增大而增长，因此两边对于铰心（O）的力矩之差值也会相应地加大起来。并当闸门的下缘（B）与流动的河水接触时，水的动能又会借水的粘滞性拖引其下缘（B）而增大闸头（3）下转（关）的力矩，所以闸门能顺利地关闭，而使其顶缘扣于开闸操纵装置（1）的开闸栓（14）之下〔这种开闸操纵装置（1）有两个，它们分别置于闸门挡水面（

）的两旁的闸墩（10）上〕。水流被堵，水位上升，水压增大，这时作用在闸体的力对铰心（O）之力矩发生了变化，因为闸门的挡水面（

）是椭园的一部分，所以闸门承受的水压力之合力的方向不会通过铰心（椭园的中心）而是向铰心（O）上方偏移，这就产生了闸门的开启力矩。在开闸前这开启力矩被扣压于开闸栓（14）之下而达到平衡，当需要开闸时只要同时扳动闸头（2）两边的两条开闸操纵杆（17），使其开闸栓（14）从闸门之顶缘上脱开，闸体便能受此开启力矩的作用而启（转）动。闸体一启动，即受因此产生的惯性力和平衡尾（7）端逐增的平衡力矩的作用，而能直转到使平衡尾（7）端复扣于关闸栓之下，受阻于交通桥（9）时才停止下来。这时主骨架（4）复呈水平状，闸门全开，排筏就可以从闸孔中通过，到需要关闸的时候，只要依然扳动一下关闸操纵杆，即能重演前述。

为了在闸门下关时不发生不利的震动，在平衡尾（7）之末端系一条关闸控速绳（11）绳另一端绕过固定座（13）掌握在人的手中，借蝇和固定座间的摩擦力来控制关闸的速度，使闸门徐徐下关，不致发生大的震动。同时为了免除开闸时因闸体自身惯性冲击力的作用发生大的震动，在交通桥（9）靠近两闸墩的部位上设置缓冲软垫（12）。另外又为了闸体结构稳定，在平衡尾（7）和闸门顶缘（A）间连接一条稳定筋（5），使闸体更加坚固。

下面以实施例数据分析本实用新型的受力情况及它的启闭力。

设有一无动力上升式筏道闸门，它的闸宽b＝6米，闸高h＝2.5米，挡水面

是椭园 (X²)/(3²) ＋ (y²)/(2.9²) ＝1的一部分，∠AOB＝60°O是该椭园的中心，A是该椭园的长轴顶点。

因为矢量为零的平面力系的平衡条件是无主力矩，所以在关闸时，闸体所受的力对矩心O点之力矩为零，即

M₀（ P₂ ）＋M₀（ G′）＋M₀（ P_X ）＋M₀（ G）＋M₀（ E_开 ）＝0

式中        （1）

M₀（ P₂ ）－闸门总水压力的垂直分力Pz对O的力矩，其值为Pz与力臂Pzx的乘积。

M₀（ P_X ）－－闸门总水压力的水平分力Px对O的力矩，其值为Pz与力臂hy的乘积；

M₀（ G′）－关闸时平衡尾端闸体的自重G’对O的力矩，其值为G’与力臂G’_X关的乘积；

M₀（ G）－关闸时闸头端的闸体自重G对O的力矩，其值为G与力臂G_X关的乘积；

M₀（ E_开 ）－受控于开闸栓上的开闸力F_开对O的力矩，其值为F_开与力臂F_开x的乘积；

分别求取如下

M₀（Pz）＝Pz·Pzx （2）

P为垂直向上的负压力，它等于假想压力体V₀（图中垂直影线部分）内的水的重量，即Pz＝γV₀＝γb（面积ABB’） （3）

欲求面积ABB’先得出求出B点的X坐标值。

令坐标值均为正值。

将y＝tgθ，X代入题中的椭园方程 (X²)/(3²) ＋ ((tgax)²)/2.9 ＝1

解得        X＝1.462

面积ABB’＝∫³ _1.462ydx＝∫³ _1.4622.9/3 $\sqrt{{\mathrm{9\; -\; X}}^2}\mathrm{d\; x}$ ＝

＝ 2.9/3 〔 (X)/2 $\sqrt{{\mathrm{9\; -\; x}}^2}$ ＋ 9/2 alcsin (x)/3 〕｜³ _1.462＝

＝ 2.9/3 〔 9/2 · (π)/2 － 1.462/2 $\sqrt{{\mathrm{9\; -\; 1.462}}^2}$ － 9/2 ·0.509〕＝2.77

代入（3）式得        Pz＝1·6·2.77＝16.62吨

又 Pzx＝ 1/(ABB') ∫ 3/1.462 x 2.9/3 $\sqrt{3^2\mathrm{-\; x}{}^2}$ dx＝

＝ 1/2.77 ·〔－ 2.9/9 （3²－X₂）〕

｜³ _1.462＝

＝ 2.9/24.93 ·17.977=2.09公尺

代入（2）式得 M₀（ P₂ ）＝16.62·2.09＝34.276吨公尺

M0（ Px）＝－Px·hy （4）

Px＝γhcω=γ (h²b)/2 ＝ (1.2,5²-6)/2 18.75吨

hy＝ 2/3 h＝ 2/3 ·2.5＝1.67公尺

代入（4）式得 M₀（Pz）＝－18.75·1.67＝－31.31吨米。其他各值均可由设计给出

M₀（ G’）＝G’·G’_X关＝0.9×0.9＝0.81吨公尺 （5）

M₀（ G）＝－G·G_X关＝－1.24＝－2.4吨公尺 （6）

M₀（ F_开 ）＝－2.9F_开吨公尺 （7）

将（2）（4）（5）（6）（7）求得的值代入（1）式，乃得34.276＋0.18－31 31－2.4－2.9F_开＝0

F_开＝ (34.276＋0.18－31.31－2.4)/2.9 ＝0.632吨

因为开闸力F_开是由两边闸墩上的两个开闸栓承担的，所以作用在每个开闸栓上的力是

1/2 F_开＝ 1/2 ·0.632＝0.316吨

闸门开启，主骨架水平，与上述类同分析可得关闸栓上的关闸力F_关

F_关＝ (G G_X开－G′G′x_开)/(F_关X) ＝ (1×2.2－0.9×2.3)/3 ＝0.043吨。

（式中各值均可由设计给出）

关闸栓置于交通桥（9）上，它只有一只，故作用于关闸栓上的力是43公斤。

Claims (6)

1、一种弧形闸门，其特征在于其挡水面(

)是椭园的弧面，该椭园的中心即是闸门的铰心，该椭园的长轴顶点即是闸门的顶缘，它有一条主骨架(4)由闸门之下缘(B)通过铰心(O)向背水面沿伸至平衡尾(7)，其闸门顶缘(A)上有一条稳定筋(5)和平衡尾(7)相连。

2、根据权利要求1所述的闸门，其特征在于所说的主骨架（4）在开闸时呈水平状，在关闸时和水平线成60°角。

3、根据权利要求1、2所述的闸门，其特征在于开闸时紧靠平衡尾（7）之下游有一条交通桥（9），在该交通桥的中间有一个关闸操纵装置（8）和一个固定座（13），在交通桥两头靠闸墩处均有开闸缓冲软垫（12）。

4、根据权利要求1、2所述的闸门，其特征在于两闸墩（10）在闸门挡水面（AB）部位，各有一个开闸操纵装置（1）。

5、根据权利要求1所述的闸门，其特征在于铰心（0）置于一条横贯全闸的轴梁（6）上。

6、根据权利要求1、2所述的闸门，其特征在于所说的平衡尾（7）上系有一条关闸控速绳（11），该绳的另一端绕过固定座（13）在关闸时掌握于人的手中。

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