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1、毕 业 论 文课题名称水厂泵站附壁式闸门系/专 业 机械工程系/数控设备应用与维护班 级数控0523学 号0501083215学生姓名陈勇指导教师：李颖 2008 年 5 月 20 日摘 要：研究了对闸门设计计算过程，并且提出了一些对闸门计算的设计方法。详细介绍了闸门的计算形式和闸门的分类及选型，及LTMD系列驱动器在水利工程闸门上的应用，闸门的设计能促进中国水利工程的发展，有效的防涝。关键词：闸门 ，吊门机 ，驱动器，设计计算Abstract：The calculation of the gate design process and made a number of gates on th
2、e calculation of the design. Details on the calculation of the gate and the gate of the classification and selection, and LTMD series gate drive in water conservancy projects on the application of the gate design can promote the development of Chinas water conservancy projects, effective waterloggin
3、g prevention.keywords： Gate, Diaomen machine, drive, design and calculation第一章 选题背景及意义1.1 选题背景及意义现代社会工业发达，生活水平也提高了，但我们身边的环境却逐渐被污染，特别是水污染特别严重，水中也会存在大量的沉淀，所以设计一个闸门可以有效的处理污水和沉淀，大量用与水厂及酒店等，闸门除此用处之外，也用于水利工程，有效的防涝。水厂中每天都有很多水输入输出，而在水厂的大型水池中输出的水有大量的沉淀，这些沉淀自然是不能直接排放出去，直接通入水管输出使用，那就要加一个沉淀污水处理池，自然要考虑处理后的水的排放，附
4、壁式闸门就应运而生了，闸门有若干的结构组成：门体、门框、龙门架和起闭机组成。编写计算例用闸门设计手册来规范，再借鉴国外的先进的设计技术来加强坚固性、密封性和节省材料，从而达到成本的减少和性能的提高。一个闸门的是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用到具体的程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何把这些做法用代码来实现，这个设计对我们来说是一次挑战也是一次自我提高的过程1.2 基本内容及关键问题一、主要内容：1 根据土建设
5、计闸门的基本尺寸2 门体及门框的材料的选择3 密封圈的尺寸及材料的选择4 滚轮的设计5 起闭机的选型6 螺杆的设计及其选材7 压板的设计与选材二、解决的关键问题是：1 闸门的密封性2 正面的承载力3 梁的扭矩4 滚轮结构所受的承载力5 反水压的设计通过此课题的调研和设计，是对所学过的机械设计的使用及CAD的应用的一次检阅，可提高对产品设计工艺的设计能力和动手能力以及分析和解决问题的能力。1.3 闸门类型比较 1钢闸门的密封性能好于铸铁闸门，与铸铁闸门相比，更适用于启动频繁的场合。主要原因在于钢闸门采用橡胶密封，在橡胶磨损后，可以通过调节偏心滚轮的方法来使闸门继续保持密封；而铸铁闸门的密封面一旦
6、在使用过程中被磨损，由于密封面必须配套加工，铸铁密封是硬密封（利用铜块）所以密封性能将很难得以保证比较：国内部分闸门将水封锁于门框内，此做法的缺点在于进行水封更换时很不方便。除将池内水排干外还须维护人员到池底进行更换操作，操作很不方便。2水封采用水封压板与水封螺栓(不锈钢螺栓)锁紧于门体之上，便于水封的拆卸与更换。特点：水封为橡胶制品，易磨损。采用此种做法便于水封的更换，从而延长了闸门的整体寿命。独特的滚轮锲紧结构，使得水封只有在最后的40-50mm行程时，才与门框接触。有效地减少了水封磨损程度，延长了水封的使用寿命比较：天津某水厂闸门，水封全程摩擦，使用时间不长，就出现了严重的泄漏现像3采用
7、平底型结构，有效地防止了垃圾的堆积，保证了水流的畅通相关比较：在有些污水厂闸门底部采用P型水封，则与之相配的底门框采用凹槽结构，易产生垃圾堆积，轻则导致闸门关闭不严，重则导致丝杆折弯。采用偏心可调式结构：众所周知，橡胶极易被磨损，国内虽然有些品牌的闸门也采用了滚轮式或锲块式结构，此结构虽然在一定程度上能够减小水封的磨损程度，但在水封磨损产生泄漏以后，也只能采取更换水封的方法，而冠龙闸门则采用了偏心可调结构，在水封磨损以后，可以通过轮轴的4个可调位置，使水封得到充分而有效的运用。 除此以外，由于闸门采用焊接工艺，变形量较大，而且安装误差也比较大，而这些误差往往是造成普通结构闸门泄漏的主要原因。采
8、用偏心可调结构则可以有效地减少上述误差，使闸门能够达到最佳密封效果。最有效的实例是冠龙在广州西朗污水厂的进水泵房闸门，几乎为零泄漏量第二章 概述2.1 闸门概述2.1.1 闸门的使用范围闸门主要用于给排水工程、防洪、水电、水利工程中，用以截止、疏通水流或调节水位。对于我们而言，一般情况下,主要使用于自来水厂、污水处理厂等，主要用于以常温下的原水、清水和污水为水源的渠道、水堰的截流。2.1.2 闸门种类按照工作性质分：1.工作闸门：承担主要工作并能在动水中启闭的闸门；2.事故闸门：当闸门的上游或下游发生事故时，能够在动水中关闭的闸门。需要快速关闭时，简称速闭闸。3.检修闸门：指水工建筑物和机械设
9、备等检修时用以挡水的闸门。2.1.3 闸门所包含的部件一套完整的闸门，应该包括：闸门(闸门门体和门框)、驱动装置、轴导架、吊杆、护罩、驱动器底座等。 （如图2-1、2-2） 图2-1 闸门 图2-2 驱动装置 1.闸门按材质分，包括不锈钢闸门、碳钢闸门、铸铁闸门等。（如图2-3、2-4） 对于钢闸门而言，其止水形式分为三面封水和四面封水两种，一般水封的材料采用橡胶，常称为软密封，按国标钢闸门的密封要求其泄漏量应0.1L/mmin。而铸铁闸门的密封材料为铜合金，常称为硬密封,按国标要求其正向泄漏量应 1.25L/mmin,反向泄漏量应 2.5L/mmin。 图2-3 不锈钢闸门 图2-4 铸铁闸
10、门 相关比较： 钢闸门的密封性能好于铸铁闸门，与铸铁闸门相比，更适用于启动频繁的场合。主要原因在于钢闸门采用橡胶密封，在橡胶磨损后，可以通过调节偏心滚轮（图2-5）的方法来使闸门继续保持密封；而铸铁闸门的密封面一旦在使用过程中被磨损，由于密封面必须配套加工，所以密封性能将很难得以保证。 2.驱动装置包括电动/手动式、手动式、气动式以及液压驱动式。其中采用电动驱动装置时，为了使闸门运行平稳，一般默认的启闭速度为0.3m/min10%。 3.轴导架可以采用碳钢、铸铁、不锈钢（使用较少）材质，起保护丝杆防止丝杆弯屈的作用。根据丝杆的长度进行判断是否需使用轴导架。 4.吊杆包括丝杆、齿杆等。 图2-5
11、 偏心滚轮按照丝杆的运动形式可以分为明杆式和暗杆式两种。明杆式结构丝杆作升降运动但不旋转；而暗杆式结构丝杆旋转但不升降。5.护罩和底座分别起保护丝杆避免丝 杆被风吹雨打以及支撑 驱动装置，以使驱动装置距离 地面的高度适合人操作。6.叠梁闸只作为检修闸门使用，不需要驱动装置。一般规格较小的叠梁闸单人操作即可，而规格较大的叠梁闸则需要通过自动抓落机构进行操作。叠梁闸的密封性较闸门而言要相差不少。（图2-6） 2.1.4 了解的闸门以及驱动装置 图2-6 叠梁闸 (一)、主要包括铸铁闸门、钢闸门、叠梁闸。1.所谓铸铁闸门，顾名思义其材料为铸铁，一般包括灰口铸铁和球墨铸铁两种，主要包括门体、门框、可调
12、式锲块三个部分。其结构形式主要包括单向明杆方(圆)闸门、单向暗杆方(圆)闸门、双向闸门、双吊点闸门，规格包括：圆闸门：2002700；方闸门：20030002.钢闸门：包括闸门门体、门框两个部分。主要包括面板、补强板、水封以及滚轮部分上图为闸门门体照片，闸门的顶、侧采用P型水封进行密封，底面采用平板型水封，通过水封压板以及螺栓锁紧于门体上，从而形成密封面。整体采用平板加筋式结构，底部为平底型结构，在保证了闸门使用强度的同时，使闸门结构轻巧，同时避免了底部产生垃圾堆积。门框部分包括底门框、侧门框、顶门框以及水封座板、补强板等。安装方式可以结合实际情况采用附壁式和渠道式安装。3.驱动装置包括齿杆式
13、和螺杆式两种齿杆式：LEC电动自重下降、LRH手动自重下降；螺杆式：LTMD系列：LTRM-01、LTMD-01/02/05/1/3；手动系列：QSY系列（二）、G系列钢闸门特性简介1.水封采用水封压板与水封螺栓(不锈钢螺栓)锁紧于门体之上，便于水封的拆卸与更换。（如图2-7）特点：水封为橡胶制品，易磨损。采用此种做法便于水封的更换，从而延长了闸门的整体寿命。相关比较：国内部分闸门将水封锁于门框内，此做法的缺点在于进行水封更换时很不方便。除将池内水排干外还须维护人员到池底进行更换操作，操作很不方便。 图2-7 水封2.独特的滚轮锲紧结构，使得水封只有在最后的40-50mm行程时，才与门框接触。
14、有效地减少了水封磨损程度，延长了水封的使用寿命。相关比较：如果水封全程摩擦，则使用时间不长，会出现严重的泄漏现象。3.采用平底型结构，有效地防止了垃圾的堆积，保证了水流的畅通。相关比较：在污水厂如底部采用P型水封，则与之相配的底门框采用凹槽结构，易产生垃圾堆积，轻则导致闸门关闭不严，重则导致丝杆折弯采用偏心可调式结构（如图2-8）：众所周知，橡胶极易被磨损。国内虽然有些品牌的闸门也采用了滚轮式抑或锲块式结构，此结构虽然在一定程度上能够减小水封的磨损程度，但在水封磨损产生泄漏以后，也只能采取更换水封的方法。而我设计的闸门则采用了偏心可调结构，在水封磨损以后，可以通过轮轴的4个可调位置，使水封得到
15、充分而有效的运用。 图2-8 偏心可调式结构除此以外，由于闸门采用焊接工艺，变形量较大，而且安装误差也比较大，而这些误差往往是造成普通结构闸门泄漏的主要原因。采用偏心可调结构则可以有效地减少上述误差，使闸门能够达到最佳密封效果。最有效的实例是在广州西朗污水厂的进水泵房闸门，几乎为零泄漏量。注：附偏心可调式滚轮结构图 （图2-9、2-10） 图2-9 图2-102.2 驱动器简介 1.2.1 LTMD（LTKD）系列 和LTRM（LTRH）系列 机型： 一、LTMD（LTKD）系列：（如图2-11）1、机型特点： （1）、电动机使用具有200%300%的始动扭矩的全闭式自冷形马达，附带的专用端子
16、箱中的动力线是独立存在的，因此具有很高的安全性； （2）、出力轴回转速度范围很广：3 65 min-1（50Hz）/ 3.5 80 min-1（60Hz）； （3）、推力部件是用硬度很高的球墨铸铁制成，它独立存在，因此齿轮箱的安全性很高； （4）、扭矩开关使用防湿形微开关，还安装了警报接点； （5）、使用间歇齿轮，调整位置的精度高，专用手轮的操作简单，淬火齿轮更小且轻； 图2-11 LTMD（LTKD）系列 （6）、手动操作手轮处增加了安全保护机构，因此手动操作时能保护减速机构、阀或闸门不受损坏； （7）、手动/电动的切换使用one touch 操作方式，切换简单（LTMD形从手动到电动时自动
17、复归）； （8）、使用锂基润滑脂来润滑，保养方便； （9）、开关护盖是用钢板冲压成形的，质量轻，容易操作： LTKD形是-1形以下；LTMD形是-5形以下； （10）、开度指示计大，容易看到（-05形以上）。（图2-12、图2-13） 图2-12 开度指示计 图2-132、参数含义： 标准样式 L T K D 1 R LTKD、LTMDG：手动复归形 1 2 3 4 5 LTMD：自动复归形 第1列（ LT ）：安装极限开关或扭矩开关；（图2-13） 第2列（ K or M ）：K手动复归形，M自动复归形； 第3列（ D or B ）：D出力轴双重构造，B圆形螺母式； 第4列（01，02，05
18、，1，）：最大容许出力轴扭矩概数（1000 N.m）； 第5列（R，B，G，）：特殊记号（非标准），参见附表：序号特殊记号表示含义1A，B，各机型系列的设计编号2B驱动螺帽上拔形3R相对操作形4W二连形（串联形）5T防爆屋内形6TO防爆屋外形7G附一次减速机8C连锁操作形9H附缓冲装置（单杆）10HD附缓冲装置（双杆）11Z一体形（接电源可操作形）12U 防水形13F粉尘防爆形 注：二个以上字母并列时，按序号的升序编号3、LTMD和LTKD的区别： 手动复归形在手动切换成电动时，需要用手将切换杆扳起； 自动复归形在手动切换成电动时，不需要用手将切换杆扳起，自动弹起。二、LTRM（LTRH）系列
19、机型特点： 1.形状小：适用于狭窄的场所； 2.重量轻：轴体重量是36Kg（约占LTKD、LTMD-01形总质量的65%），因此在配管系上的抗震性更为提高； 3.高输出力：扭矩120 N.m，推力38 kN； 4.极限开关：采用可信度高的间歇齿轮构造： a、2轴形：接点最多为各轴4接点，计8接点； b、4轴形：接点最多为各轴4接点，计16接点； 5.扭矩开关：a、微开关式：开关各1ab接点； b、凸轮开关式：最大，开闭各1a、1b接点； 6.端子台：最大27点（端子螺栓M4）； 7.容许的阀杆径：外螺旋式30 mm，内螺旋式28 mm； 8.加热器：标准配备； 9.安装姿势：全方位形，和以前的
20、LTKD、LTMD-01形相比，已大幅度的小型化、轻量化。第三章 闸门设计计算3.1 闸门3.1.1 设计基准：垂直启闭滚轮式 ：(门孔宽) 0.8 M ： 0.922 M ： B = 0.88 M ： L = 0.85 M ：(门孔高) 0.8 M ：(水压高) H = 0.88 M ：(外水位) H1 = 3.0 M (内水位) h = 0 M ：四面水封 3.1.2 压力负荷 一、全水压Pw 1 ( 32 2.122) 0.88= 1.98 Ton 3.1.3 横梁（1）、横梁的位置（2）、各横梁的分担荷重P1= ( 2.12 2 + 2.416 ) 0.88 = 0.28 TonP2=
21、 ( 2.416 2 + 2.12 )+ ( 2.416 2 + 2.712 ) 0.88 = 0.62 TonP3= ( 2.712 2 + 2.416 )+ ( 2.712 2 + 3.0 ) 0.88 = 0.696 TonP4= ( 3.0 2 + 2.712 ) 0.88 = 0.36 TonPw = P1 + P2 + P3 +P4= 1.97 Pw（3）、主横梁强度A、 钢材使用PL6*75 I = = 21.09 Cm475 Z=2I/H = 221.09/7.5 = 5.625 Cm3 B、 最大弯曲力矩Mmax (2 85 88) = 7134 KgCmC、 最大弯曲应力m
22、ax= 1268.3 Kg/Cm2 abOk!D、 最大挠曲max E：弹性系数2.1106 Kg/Cm2 = 0.97 Cm E、最大挠度 =Ok! 3.1.4 侧部纵梁 a(1) 钢材 t 使用PL 6 90 mm Z = = 待添加的隐藏文字内容2 = 8.1 Cm3 Aw = 0.6 9 = 5.4 Cm2(2) 主滚轮反作用力R R1 = (1407031040.434811.8-18017)/50 = 467.4 KgR2 = (1806734838.93109.6-14020)/50 = 515.5 Kg3.1.5主滚轮 一、主滚轮强度R： 516 KgD： 6.2 cmd： 2
23、 cmc： 2 cma： 1.1 cm ：赫兹接触应力 E：弹性系数2.1106 Kg/Cm2 C：主滚轮有效接触宽 2.0 Cm r：主滚轮半径 3.1 Cm a：容许接触应力 ：安全系数 1.3 (线接触场合) HB：主滚轮硬度 187 Kg/Cm2 (材质SUS304) = 5526.1 Kg/Cm2 a （2）、 轴强度 A、弯曲力矩Mmax Mmax = R a = 516 1.1 = 567.6 KgCmB、 断面系数Z Cm3C、 最大弯曲应力max Kg/Cm2 ab( 材质SUS304 )3.1.6 闸门重量闸门门体重量 Gt = 90 Kg第四章 闸门驱动器选型4.1 设计
24、基准 ：螺杆式 吊门机 ：详计算书 ： 约 L0 = 0.9 M ：(动力) 约 V = 0.3 M/Min ：(不含吊杆) Gt = 0.09 Ton ：现场-电动及手动 4.2 吊升负荷一、水压抵抗：Q1 (设计水位差：外水位较内水位高 3 公尺) = 3.96 Ton PW：水压Q1 = f PW = 0.03 3.96 f：转动摩擦系数0.03 = 0.119 Ton u：水封及钢之摩擦系数 0.7 二、水封抵抗：Q2 q：磨擦阻力= 0.14 t/M p：作用于水封之平均水压 = 1/2H+ h=1/20.88+2.12 = 2.56 t/M2 = 0.7 (0.14+2.560.0
25、30)3.59 b：水封受压宽度 0.030 M l：水封总长= 3.59 M= 0.545 Ton 吊升时 Ton降下时 TonGt10.0900.090Q10.1190.119Q20.5450.545合 计0.7540.5740.754 1.25 = 0.9425 Ton 吊门机容量以 1.0 Ton计算4.3 驱动器（吊门机）设计一、设计条件：（1）吊门机型式：电动单螺杆式吊门机（2）螺杆规格，30梯形螺纹 , JIS B 0216，Tr30（3）螺杆材质：SUS304 不锈钢（4）外 径： 30 mm d，有效径：27 mm d1（5）螺 距： 6 mm p, 螺纹条数： 2 n（6）
26、导 程： 12 mm l（7）提 吊 力： 1000 Kg Ft（8）提吊高度： 0.9 M（9）启闭速度： 0.3 M/min 10%二、螺杆断面性能（1）I = F：螺杆容许应力 = = all = = 1060 Kg/Cm2 = 2.61 Cm4（2）A = all = = 609 Kg/Cm2 = d1：螺杆有效径 27 mm= 5.73 Cm2三、 螺杆拉应力t = = = 174.5 Kg/Cm2 1060 Kg/Cm2四、 细长比 （1）回转半径 ee = = = 0.675 Cm（2）细长比 I：支撑间最长距离 110 Cm = = = 162.97 2004.4 驱动器选择1
27、、止推系数 f f = 206.31 2、开关扭矩 TT = = = 47.5 Nm3、套筒旋转速度 NN = = = 25 rpm4、驱动器选用 SEIBU：LTMD-01 ，0.4KW ， 380V ，50Hz 始动扭矩 60.4 NM , 转速 25.3 rpm5、升降速度 V = 25.3 12 = 303.6 mm/min 300 mm/min + 10 合适结论毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的闸门设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、
28、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种材料的适用条件，各种设备的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是很珍贵的。在设计过程中一些闸门的计算设计让我很头痛，原因是由于本身设计计算式是由日
29、本套用而来，和我们所学的力学计算式有一定的区别，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是很有必要的。对于驱动器的选型是最重要的一个环节，我查阅了许多资料，结合实际问题，设计计算，充分考虑了闸门本身产生的种种附加应力对驱动器的影响。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，只有发现
30、问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。本人的业设计论文一直是在李颖老师的悉心指导下进行的。李老师态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中，李老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。 谢辞 转眼间大学美好的生活就快过去了,在这期间我得到老师和同学们的帮助.班主任郭老师不但从专业上指导我们,同时也很关心我们生活的点滴,使我懂的如何做人、与同学相处,让我在离校实习期间得到更大的帮助.郭新达老师的严谨作风让我学到了许多的专业知识,使我在工作岗位上比别人的适应能力更强,使我更快的融入到工作中去.李颖老师在带我们毕业设计期间,精心指导使我更加的顺利的完成毕业设计. 在此感谢各位老师和同学在大学期间对我的帮助!参考文献
