一种具有自行式集污箱的翻板闸门

本发明涉及水利闸门技术，具体涉及一种具有自行式集污箱的翻板闸门。

背景技术：

随着我国对河道治理工作逐步推进，翻板闸门广泛运用于河道水位调控方面，翻板闸门挡水时，可以阻挡漂浮垃圾进入下游河道，防止了漂浮垃圾扩散污染水环境，但闸门前往往只能聚集漂浮物却难以清理，且对闸门运行存在安全隐患；翻板闸门过水时，上游垃圾顺流而下漂向下游，进一步扩散污染且极大提高了清理难度，现行清理漂浮垃圾的主要方法一是人工打捞，存在问题为清理效率低、周期长；二是单独安装河道漂浮物清理装置，存在问题是建设成本还有维护费用高昂，基于现有翻板闸门水工建筑，在翻板闸门控水时，实现自动拦截并回收漂浮垃圾的功能，符合河道生态治理理念，具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种具有自行式集污箱的翻板闸门，在翻板闸门控水时，实现自动拦截并回收清理漂浮垃圾的功能。

技术方案：本发明的一种具有自行式集污箱的翻板闸门，包括闸门、闸墩、传输装置和集污箱，其中：闸门底部两侧设置有底轴，闸门通过底轴与两侧的闸墩转动连接，闸门上游侧面顶部两侧对称设有导流槽；闸墩设置于闸门两侧，包括闸墩柱、底板和溢流道，底板设置于两个闸墩柱底部之间，且底板上设有液压启闭机，液压启闭机前端与闸门背水面上的铰接座铰接，后端与底板上的底座铰接；溢流道是两侧闸墩柱上向下游倾斜预设角度的平台；传输装置设置在导流槽内，用于阻挡上游漂浮垃圾，并将上游水流通过导流槽引入下游；集污箱设置在两侧闸墩的溢流道内，用于收集上游漂浮垃圾，并上游水流引入下游。

优选的，导流槽包括方形凹槽和圆形凹槽，方形凹槽横向设置于闸门上游侧面顶部两端，其靠近闸墩一端为矩形截面，贯通闸门侧面与两侧的集污装置联通，靠近闸门中间一端设有斜面，斜面由闸门上游面平滑过渡至该方形凹槽底部，圆形凹槽位于方形凹槽的中部，且圆形凹槽与方形凹槽垂直设置，圆形凹槽底部圆心处设有螺孔。

优选的，溢流道包括滑槽、清污口和挡污口，滑槽是设在溢流道上表面的两道凹槽，清污口位于溢流道的上游端，是贯穿闸墩的空腔，挡污口位于溢流道下游端，是闸墩的外壁。

优选的，传输装置包括定轴、主动轮、轮轴、从动轮和履带，定轴为圆柱形钢杆，两端均设有螺纹，定轴下游端螺纹与导流槽的圆形凹槽底部的螺孔旋接固定，主动轮绕定轴旋转；轮轴为圆柱形钢杆，布置于闸门上游面中部，轮轴轴心与定轴轴心处于同一水平线，轮轴两端均设有螺纹，轮轴下游端螺纹与闸门1上的轴孔旋接固定，从动轮套设在轮轴上游端，并绕轮轴旋转，轮轴上游端螺纹处旋接螺帽，用于防止从动轮从轮轴上掉落；履带套设在主动轮和从动轮上，用于连接主动轮与从动轮，主动轮旋转带动从动轮旋转，从而驱动履带运动。

优选的，主动轮包括转轴、转叶、套筒ⅰ、套筒ⅱ和挡污板，转轴为空心管状结构，套设在定轴上，转轴内壁紧贴定轴，转叶固定于转轴上端外壁，是以转轴的轴心为极轴，均匀分布的弧形叶片；套筒ⅰ设置于圆形凹槽底部，其下游端贴近圆形凹槽底部且无碰撞，套筒ⅱ设置于圆形凹槽顶部，且伸出圆形凹槽外，套筒ⅱ外壁贴近圆形凹槽内壁且无碰撞，套筒ⅰ和套筒ⅱ之间有缝隙，该缝隙作为水流通道，转叶位于套筒ⅰ和套筒ⅱ内，转叶顶端与套筒ⅰ和套筒ⅱ内壁连接；挡污板为薄壁圆环，圆心处设有与定轴上游端螺纹相匹配的螺孔，与定轴前端螺纹旋接固定，设置于套筒ⅱ上游面，挡污板截面外径大小与套筒ⅱ外壁一致。

优选的，履带上设有横向耙齿。

优选的，集污箱包括立方体框架、拦污板、清污板、拦污网、前轴、后轴、定位杆、活动杆和滚轮，立方体框架靠近河道一侧面设有进箱口，拦污板设置于进箱口内部，通过前轴与进箱口顶端转动连接，拦污板高度大于进箱口高度，使得拦污板只能朝向进箱口内开启；立方体框架靠近闸墩一侧面设有出箱口，清污板设置于出箱口外部，通过后轴与出箱口顶端转动连接，清污板高度大于出箱口高度，使得清污板只能朝向出箱口外开启；拦污网设置于立方体框架的上下游侧面及顶端；定位杆设置于进箱口侧的立方体框架上，顶端由集污箱伸向河道侧；活动杆设置于立方体框架的下游面靠近出箱口一侧，活动杆一端与立方体框架转动连接，另一端为自由端；滚轮设置于立方体框架底部四个角，集污箱通过滚轮在溢流道的滑槽内移动。

优选的，集污箱布置于溢流道上表面，其宽度小于溢流道宽度，滚轮通过支撑与集污箱底部连接，使集污箱在滑槽内移动，且限制于溢流道上表面区域内。

优选的，闸门底部为圆弧形结构，底板上设有与其相匹配的弧形槽，且两者之间设有止水橡胶。

上述具有自行式集污箱的翻板闸门的运行方法，包括以下步骤：

s1、闸门正常挡水时，液压启闭机的活塞杆伸长，闸门绕底轴向上游逆时针翻板，直到闸门处于竖直挡水状态；

s2、闸门高水位清污时，在s1的基础上，转动集污箱下游侧的活动杆朝向闸门一侧，解除活动杆与清污口处碰撞；

集污箱在重力及滑槽引导的作用下，通过滚轮降低运动阻力，集污箱随闸门一起运动，该过程中，集污箱的定位杆紧靠闸门上游面；

液压启闭机的活塞杆收缩，闸门绕底轴向下游顺时针翻板，直到闸门翻板角度与溢流道倾斜角度处于预设角度，保持上游河道水流能够通过导流槽导流至溢流道内，导流槽内的水流驱动转叶，带动履带将靠近闸门中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩处，另一部分水流携带漂浮垃圾，从闸门与溢流道形成的隘口进入溢流道上表面；

上游水流和所携带的漂浮垃圾首先冲击拦污板，拦污板绕前轴转动至集污箱内，水流和漂浮垃圾从进箱口进入集污箱内部，水流从拦污网下泄至下游河道，漂浮垃圾被收集至集污箱内，该过程中，清污板外侧紧贴闸墩的挡污口处于闭合状态，拦污板绕前轴转动过程中被限制于集污箱内部，集污箱内的漂浮垃圾无法脱离溢出；

当集污箱内收集的漂浮垃圾数量达到一定程度，液压启闭机的活塞杆伸长，闸门绕底轴向上游逆时针翻板，直到闸门结束清污过程，该过程中，集污箱随闸门一起运动，直至集污箱的出箱口进入闸墩上游侧的清污口，将清污板绕后轴转动，在闸墩上清理内部漂浮垃圾即可；

s3、闸门低水位清污时，在s2的基础上，液压启闭机的活塞杆继续收缩，闸门绕底轴向下游顺时针翻板，直到闸门翻板角度与溢流道倾斜角度处于预设角度，保持上游河道水流能够通过导流槽导流至溢流道内，导流槽内的水流驱动转叶，带动履带将靠近闸门中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩处，另一部分水流携带漂浮垃圾，从闸门与溢流道形成的隘口进入溢流道上表面，上游水流和所携带的漂浮垃圾首先冲击拦污板，拦污板绕前轴转动至集污箱内，水流和漂浮垃圾从进箱口进入集污箱内部，水流从拦污网下泄至下游河道，漂浮垃圾被收集至集污箱内，当集污箱内收集的漂浮垃圾数量达到一定程度，液压启闭机的活塞杆伸长，闸门绕底轴向上游逆时针翻板，直到闸门结束清污过程，该过程中，集污箱随闸门一起运动，直至集污箱的出箱口进入闸墩上游侧的清污口，将清污板绕后轴转动，在闸墩上清理内部漂浮垃圾即可；

s4、闸门全开平卧时，在s1的基础上，转动集污箱下游侧的活动杆朝向闸墩一侧，活动杆与清污口处碰撞，集污箱固定于闸墩的清污口处，液压启闭机的活塞杆收缩，闸门绕底轴向下游顺时针翻板，直到闸门平卧于底板上方。

有益效果：与现有技术相比，本发明提出的一种具有自行式集污箱的翻板闸门，在翻板闸门控水时，通过表层水流携带漂浮垃圾，从闸门两侧下泄至溢流道，下层水流驱动转叶，带动履带将靠近闸门中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩处的集污箱内，提高了闸门过水清污的效率；另外，提通过闸墩与集污箱的设计，将闸门翻板与集污箱收集漂浮垃圾、回收漂浮垃圾过程相结合，更好实现了基于现有闸址的闸门改造工作，解决河道治理的两大主要问题：控制河道水位、清理漂浮垃圾，通过“以水治水”的方法，实现水力自动清污，无需设置单独清污设备或进行人力清污，进一步降低工程维护和清理垃圾的成本，节能环保，有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明挡水状态的立体结构示意图；

图2是本发明清污状态的立体结构示意图；

图3是本发明的上游立面结构示意图；

图4是本发明的闸门立体结构示意图；

图5是本发明的闸门导流槽结构示意图；

图6是本发明的闸门传输装置结构示意图；

图7是本发明的闸墩结构示意图；

图8是本发明集污箱清理状态示意图；

图9是本发明的清污过程局部立体结构示意图；

图10是本发明的正常挡水状态平面示意图；

图11是本发明的高水位清污状态平面示意图；

图12是本发明的低水位清污状态平面示意图；

图13是本发明的全开平卧状态平面示意图。

图中：闸门1、底轴11、导流槽12、方形凹槽121、圆形凹槽122、铰接座13、闸墩2、闸墩柱21、底板22、液压启闭机221、底座222、弧形槽223、溢流道23、滑槽231、清污口232、挡污口233、传输装置3、定轴31、主动轮32、转轴321、转叶322、套筒ⅰ323、套筒ⅱ324、挡污板325、轮轴33、从动轮34、履带35、耙齿351、集污箱4、清污板43、后轴46、定位杆47、活动杆48、出箱口411。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图13所示，一种具有自行式集污箱的翻板闸门，包括闸门1、闸墩2、传输装置3和集污箱4，闸门1底部两侧设置有底轴11，闸门1通过底轴11与两侧的闸墩2转动连接，闸门1上游侧面顶部两侧对称设有导流槽12；闸墩2设置于闸门1两侧，包括闸墩柱21、底板22和溢流道23，底板22设置于两个闸墩柱21底部之间，且底板上设有液压启闭机221，液压启闭机221前端与闸门1背水面上的铰接座13铰接，后端与底板22上的底座222铰接；溢流道23是两侧闸墩柱21上向下游倾斜预设角度的平台；传输装置设置在导流槽内，用于阻挡上游漂浮垃圾，并将上游水流通过导流槽引入下游；集污箱设置在两侧闸墩的溢流道内，用于收集上游漂浮垃圾，并上游水流引入下游。

如图3和图4所示，闸门1为钢结构，底轴11是位于闸门1底端两侧的悬臂轴结构，其与闸门1均为钢结构，通过焊接与闸门1固定形成一体，闸门1运行时，底轴11固定在两侧闸墩2底部的钢结构套筒内，便于减小旋转产生的摩擦效应；导流槽12是位于闸门1上游面的凹槽，闸门1上游面左右侧各设有一个导流槽12且对称分布，配合上游水流从两侧闸墩2的溢流道23下泄；导流槽12由方形凹槽121和圆形凹槽122组成，方形凹槽121靠近两侧闸墩的一端为矩形截面，靠近闸门1中间一端的方形凹槽121设有斜面，由闸门1上游面平滑过渡至该方形凹槽121底部，调整上游水流进入方形凹槽121的状态，远离闸门1中间一端的方形凹槽121贯通闸门1侧面作为导流槽12出水口，闸门左右两侧在方形凹槽121的顶部框架用于集污箱4上的定位杆47停靠；圆形凹槽122位于方形凹槽121的中端，为圆形截面，底部圆心处设有凹进闸门1的螺孔，圆形凹槽122半径与方形凹槽121高度相同。

如图1和图2所示，闸墩2布置于闸门1两侧，包括闸墩柱21、底板22和溢流道23，底板22为钢筋混凝土结构，布置于相邻两个闸墩2底部之间，底板22下游河道的凹槽内设有底座222，用于布置液压启闭机221的液压缸设备，液压启闭机221的活塞杆顶端与闸门1的背水侧的铰接座13通过销钉进行铰接，随液压启闭机221的活塞杆长度变化，闸门1绕底轴11向下游河道做翻板运动；溢流道23是两侧闸墩2上向下游倾斜一定角度的平台，本设计采用27°进行介绍，溢流道23包括滑槽231、清污口232和挡污口233，滑槽231是设在溢流道23上表面的两道凹槽，清污口232位于溢流道23的上游端，是贯穿闸墩2的空腔，挡污口233位于溢流道23下游端，是闸墩2的外壁。底板22上还设有与闸门1底部圆弧形结构贴合的弧形槽223，使得闸门1在绕底轴11转动的过程中与底板22贴合更为紧密有效降低渗水情况。

如图3至图6所示，传输装置3包括定轴31、主动轮32、轮轴33、从动轮34和履带35，定轴31为圆柱形钢杆，两端均设有螺纹，定轴31下游端螺纹与导流槽12的圆形凹槽122底部的螺孔旋接固定，主动轮绕定轴旋转；轮轴33为圆柱形钢杆，布置于闸门1上游面中部，轮轴33轴心与定轴31轴心处于同一水平线，轮轴33两端均设有螺纹，轮轴33下游端螺纹与闸门1上的轴孔旋接固定，从动轮34套设在轮轴上游端，并绕轮轴33旋转，轮轴上游端螺纹处旋接螺帽，用于防止从动轮34从轮轴33上掉落；履带35套设在主动轮32和从动轮34上，用于连接主动轮32与从动轮34，主动轮32旋转带动从动轮34旋转，从而驱动履带35运动。

定轴31为圆柱形钢杆，两端均设有螺纹，定轴31下游端螺纹与圆形凹槽122底部圆心处的螺孔旋接固定；主动轮32包括转轴321、转叶322、套筒ⅰ323、套筒ⅱ324和挡污板325，转轴321为空心管状结构，套设在定轴31外侧，转轴321内壁紧贴定轴31外壁，可相对于定轴31旋转；转叶322是以转轴321的轴心为极轴，均匀分布的弧形叶片；套筒ⅰ323和套筒ⅱ324均设置于转叶322外侧，套筒ⅰ323和套筒ⅱ324的外壁均贴近圆形凹槽122内壁并预留5mm余量，套筒ⅰ323贴近于圆形凹槽122的底部，套筒ⅱ324位于圆形凹槽122的顶部，转叶322底部固定于转轴321外壁，转叶322顶部与套筒ⅰ323和套筒ⅱ324内壁连接，套筒ⅰ323下游侧与转叶322下游侧平齐，套筒ⅱ324上游侧与转叶322上游侧平齐，套筒ⅰ323和套筒ⅱ324与转叶322以及转轴321三者可通过焊接固定或采用一体铸造形成；其中套筒ⅱ324伸出圆形凹槽122外，与闸门1上游面保持一定距离，套筒ⅰ323上游侧和套筒ⅱ324下游侧之间形成空腔，该处内部的转叶322与外界连通，作为水流通道；挡污板325为薄壁圆环结构，布置于套筒ⅱ324上游面，挡污板325圆心处设有与定轴31上游端螺纹相匹配的螺孔，挡污板325与定轴31上游端螺纹旋接固定后，其下游面与转轴321的上游端贴合，挡污板325截面外径大小与套筒ⅱ324外壁一致，可以阻挡上游水面的漂浮垃圾进入套筒ⅱ324影响转叶322运行；通过上述设计，转叶322上下游端处于转轴321上下游端内，即套筒ⅰ323的下游端和套筒ⅱ324的上游端也处于转轴321上下游端内，且套筒ⅰ323和套筒ⅱ324的外壁与圆形凹槽122之间预留5mm余量，保证套筒ⅰ323和套筒ⅱ324可在圆形凹槽122内旋转运动；转轴321下游端贴近圆形凹槽122底部，转轴321上游端贴近挡污板325下游面，用于限制套筒ⅰ323和套筒ⅱ324的位置，由于转轴321上下游端为光滑圆截面，摩擦系数较低，提高了转叶322的转动效率。

轮轴33为圆柱形钢杆，布置于闸门1上游面中间，轮轴33轴心与定轴31轴心处于同一水平线，轮轴33两端均设有螺纹，轮轴33下游端螺纹与闸门1上的轴孔旋接固定；从动轮34外径与主动轮32一致，从动轮34中间的圆孔与轮轴33匹配，并套设在轮轴33外侧，两者可相对旋转，通过螺帽与轮轴33上游端螺纹旋接，固定从动轮34位置，避免从动轮34从轮轴33上掉落，其中从动轮34宽度略小于轮轴33长度，通过轮轴33上下游端的光滑面接触，避免从动轮34上下游端与螺帽或闸门1上游面碰撞，从而降低从动轮34转动摩擦力。

履带35宽度与套筒ⅱ324一致，履带35连接主动轮32与从动轮34并与两者贴合，主动轮32旋转即可带动从动轮34旋转，从而驱动履带35运动，履带35上还设有横向耙齿351，以提高传输效率。

如图8至图9所示，集污箱4布置于溢流道23上表面滑槽231内，其宽度略小于溢流道23宽度；集污箱4包括立方体框架、拦污板、清污板43、拦污网、前轴、后轴46、定位杆47、活动杆48和滚轮，立方体框架靠近河道一侧面设有进箱口，拦污板设置于进箱口内部，通过前轴与进箱口顶端转动连接，前轴通过其两端的轴承与进箱口顶端连接；拦污板高度大于进箱口高度，使得拦污板只能朝向进箱口内开启，避免集污箱4在溢流道23移动过程中拦污板向外打开导致内部存放的漂浮垃圾脱离，同时不影响漂浮垃圾随下泄水流进入集污箱4；立方体框架靠近闸墩一侧面设有出箱口411，清污板43设置于出箱口外部，通过后轴46与出箱口411顶端转动连接，后轴46通过其两端的轴承与出箱口411顶端连接；清污板43高度大于出箱口411高度，使得清污板43只能朝向出箱口外开启，且清污板43闭合状态时外侧紧贴闸墩2的挡污口233，避免集污箱4在溢流道23移动过程中清污板43打开导致内部存放的漂浮垃圾泄漏；拦污网为耐腐蚀的网状结构，设置于立方体框架的上下游侧面及顶端三面，拦截漂浮物，同时便于水流通过；定位杆47设置于进箱口侧的立方体框架上，底端与立方体框架靠近河道一侧焊接固定，顶端由集污箱向河道侧伸出一定距离，在集污箱4移动的过程中可以停靠在闸门上游面；活动杆48设置于立方体框架的下游面靠近出箱口一侧，活动杆48底部为圆形箍圈与立方体框架上的圆杆连接，可绕圆杆转动，另一端为自由端；滚轮设置于立方体框架底部四个角，通过支撑与立方体框架连接，集污箱4通过滚轮在溢流道23的滑槽231内移动，降低集污箱4与溢流道23之间的摩擦阻力，同时限制集污箱4的运动路线，使集污箱4处于溢流道23上表面区域内。

如图10至图13所示，本发明的闸门运行方式为：

过程1：

闸门1正常挡水时，液压启闭机221的活塞杆伸长，闸门1绕底轴11向上游逆时针翻板，直到闸门1处于竖直挡水状态，阻挡上游水流和漂浮垃圾下泄；

过程2：

闸门1高水位清污时，在过程1的基础上，转动集污箱4下游侧的活动杆48朝向闸门1一侧，解除活动杆48与清污口232处碰撞；

集污箱4在重力及滑槽231引导的作用下，通过滚轮降低运动阻力，集污箱4随闸门1一起运动，该过程中，集污箱4的定位杆47紧靠闸门1上游面；

液压启闭机221的活塞杆收缩，闸门1绕底轴11向下游顺时针翻板，直到闸门1翻板角度与溢流道23倾斜角度处于合适程度，保持上游河道水流可通过导流槽12导流至溢流道23内，导流槽12内的水流驱动转叶322，带动履带35将靠近闸门1中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩2处，另一部分水流携带漂浮垃圾，从闸门1与溢流道23形成的隘口进入溢流道23上表面；

上游水流和所携带的漂浮垃圾首先冲击拦污板，拦污板绕前轴转动至集污箱4内，水流和漂浮垃圾从进箱口进入集污箱4内部，水流从拦污网下泄至下游河道，漂浮垃圾被收集至集污箱4内，该过程中，清污板43外侧紧贴闸墩2的挡污口233处于闭合状态，拦污板绕前轴转动过程中被限制于集污箱4内部，集污箱4内的漂浮垃圾无法脱离溢出；

当集污箱4内收集的漂浮垃圾数量达到一定程度，液压启闭机221的活塞杆伸长，闸门1绕底轴11向上游逆时针翻板，直到闸门1结束清污过程，该过程中，集污箱4随闸门1一起运动，直至集污箱4的出箱口411进入闸墩2上游侧的清污口232，将清污板43绕后轴46转动，在闸墩2上清理内部漂浮垃圾即可；

过程3：

闸门1低水位清污时，在过程2的基础上，液压启闭机221的活塞杆继续收缩，闸门1绕底轴11向下游顺时针翻板，直到闸门1翻板角度与溢流道23倾斜角度处于合适程度，保持上游河道水流可通过导流槽12导流至溢流道23内，导流槽12内的水流驱动转叶322，带动履带35将靠近闸门1中间的漂浮垃圾运送至两侧闸墩2处，另一部分水流携带漂浮垃圾，从闸门1与溢流道23形成的隘口进入溢流道23上表面；水流和漂浮垃圾从进箱口进入集污箱4内部，水流从拦污网下泄至下游河道，漂浮垃圾被收集至集污箱4内，当集污箱4内收集的漂浮垃圾数量达到一定程度，液压启闭机221的活塞杆伸长，闸门1绕底轴11向上游逆时针翻板，直到闸门1结束清污过程，该过程中，集污箱4随闸门1一起运动，直至集污箱4的出箱口411进入闸墩2上游侧的清污口232，将清污板43绕后轴46转动，在闸墩2上清理内部漂浮垃圾即可；

过程4：

闸门1全开平卧时，在过程1的基础上，转动集污箱4下游侧的活动杆48朝向闸墩2一侧，活动杆48与清污口232处碰撞，集污箱4固定于闸墩2的清污口232处，液压启闭机221的活塞杆收缩，闸门1绕底轴11向下游顺时针翻板，直到闸门1平卧于底板22上方。