一种齿轮啮合驱动启闭机及其控制方法与流程

本发明涉及一种齿轮啮合驱动启闭机及其控制方法，属于启闭机技术领域。

背景技术：

近年来，随着水利水电工程建设规模的扩大，水利工程启闭机向着大型化和专用启闭机发展，启闭机安装的工程量越来越大，启闭力也不断增大，启闭机技术面临着越来越大的挑战，因而如何有效减轻启闭机自重、提高使用寿命和降低原材料消耗等问题亟需解决。

现今闸门启闭机应用广泛的是卷扬式启闭机和液压启闭机，其中卷扬式启闭机外形尺寸较大，重量较重，钢丝绳浸在水中容易生锈，精确度不够，启闭平稳性较差，滑轮和钢丝绳较多时安装比较麻烦；而液压启闭机对工作环境要求较高，启闭机室内必须保持清洁干燥，防止油液污染，液压缸与活塞杆配合精度高，加工成本较高，密封质量较差时，液压油容易渗漏。

目前尚未出现采用齿轮啮合驱动运动副直接启闭闸门的启闭机。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种齿轮啮合驱动启闭机及其控制方法，其结构紧凑，体积小，重量轻，能实现任何大小的启闭力和行程，以满足现行各种工程中闸门的启闭应用。

为解决上述技术问题，本发明提供一种齿轮啮合驱动启闭机，其特征是，包括机械系统和驱动系统，所述机械系统包括墩柱、承载杆、连接架、箱体、液压马达、主动齿轮、从动齿轮或齿条、驱动支架、导向轮和滚轮，所述承载杆与所述墩柱以移动副方式连接，即所述承载杆可在所述墩柱凹槽内左右移动；所述连接架固定于所述箱体一端，所述连接架与所述承载杆以旋转副方式连接；所述液压马达位于所述箱体内部，所述液压马达驱动所述主动齿轮旋转；所述主动齿轮位于所述箱体底部，所述主动齿轮与所述从动齿轮或齿条啮合；所述从动齿轮或齿条固定于闸门顶部；所述驱动支架固定于所述箱体底部；所述导向轮位于所述主动齿轮下方、所述从动齿轮或齿条两侧，为启闭机提供导向作用；所述滚轮位于所述箱体下方，支承所述箱体在闸门上面板移动，即机械系统利用齿轮啮合运动副实现运动传递。

优选地，所述主动齿轮的总数为四个。

优选地，所述导向轮的总数为四对。

优选地，所述驱动系统为液压驱动或电机驱动。

优选地，所述驱动系统包括主泵变量模块、先导泵模块、泵加载/卸载阀组模块、操控阀组模块、液压马达变速模块和刹车/调速阀组模块，所述主泵变量模块分别与先导泵模块、泵加载/卸载阀组模块、操控阀组模块、刹车/调速阀组模块相连接，所述操控阀组模块和刹车/调速阀组模块分别与液压马达变速模块相连接。

本发明还提供了一种齿轮啮合驱动启闭机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（6a）通过控制所述驱动系统，使得所述箱体内的四个液压马达同步驱动位于箱体底部的四个主动齿轮旋转；

（6b）通过主动齿轮与从动齿轮或齿条的啮合，即机械系统的齿轮齿条运动副，传递运动，使得固定在闸门上的从动齿轮或齿条在水平面顺时针或逆时针旋转；

（6c）所述从动齿轮或齿条固定在闸门顶部，从而带动闸门整体沿底部弧形轨道上旋转运动，实现闸门的关闭或开启；

（6d）位于箱体底部主动齿轮下方的四个导向轮起导向作用，保证四对齿轮齿条运动副同时啮合，保证整个启闭机箱体沿固定于闸门顶部的从动齿轮或齿条方向相对于闸门运动，而不至于脱轨；

（6e）所述承载杆可将启闭机所受来自于闸门运动切线方向上的力传递给所述墩柱，从而保证其受力平衡。

本发明所达到的有益效果：本发明提供一种齿轮啮合驱动启闭机，采用液压马达驱动的齿轮啮合运动副实现闸门启闭，可以实现精准的闸门启闭控制,并且有效简化启闭机结构，减小所占空间，减轻结构重量。最为重要的是能实现任何大小的启闭力和行程，以满足现行各种工程中闸门的启闭应用。

附图说明

图1是本发明的启闭机整体结构示意图；

图2是本发明的启闭机工作状态示意图；

图3是本发明的启闭机液压系统原理图。

图中各主要附图标记的含义为：

1、墩柱，2、承载杆，3、连接架，4、箱体，5、液压马达，6、主动齿轮，7、从动齿轮或齿条，8、驱动支架，9、导向轮，10、滚轮，11、闸门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图3所示，一种齿轮啮合驱动启闭机，包括机械系统和驱动系统。所述机械系统包括墩柱1、承载杆2、连接架3、箱体4、液压马达5、主动齿轮6、从动齿轮或齿条7、驱动支架8、导向轮9和滚轮10。所述承载杆2与所述墩柱1以移动副方式连接，即所述承载杆2可在所述墩柱1凹槽内左右移动；所述连接架3与所述承载杆2以旋转副方式连接，所述连接架3固定于所述箱体4一端；所述液压马达5位于所述箱体4内部，所述液压马达5驱动所述主动齿轮6旋转；所述主动齿轮6总数为四个，位于所述箱体4底部，所述主动齿轮6与所述从动齿轮或齿条7啮合；所述从动齿轮或齿条7固定于闸门顶部；所述驱动支架8固定于所述箱体4底部，使得所述液压马达5受力状态为两边简支，防止所述液压马达5悬臂，从而导致啮合误差；所述导向轮9总数为四对，位于所述主动齿轮6下方，所述从动齿轮或齿条7两侧，为启闭机提供导向作用；所述滚轮10位于所述箱体4下方，支承所述箱体4在闸门11上面板移动，即利用齿轮啮合运动副实现运动传递。

所述驱动系统包括四个液压马达5等各类液压装置，位于所述箱体4内，四个液压马达5分别驱动四个所述主动齿轮6，即采用液压马达驱动齿轮啮合运动副，实现闸门启闭。

相应增减所述液压马达5及齿轮啮合运动副数量，可满足启闭力大小不同的实际需求，即这种齿轮啮合驱动启闭机能实现任何大小的启闭力和行程，以满足现行各种工程中闸门的启闭应用。

所述驱动系统包括主泵变量模块，先导泵模块，泵加载/卸载阀组模块，操控阀组模块，液压马达变速模块和刹车/调速阀组模块等六大模块。所述主泵变量模块分别与先导泵模块、泵加载/卸载阀组模块、操控阀组模块、刹车/调速阀组模块相连接，所述操控阀组模块和刹车/调速阀组模块分别与液压马达变速模块相连接。

所述驱动系统运行时各模块工作情况如下：

（a）所述主泵变量模块工作时为整个系统提供动力，主液压泵与伺服变量机构组成压力补偿边梁回路，所述主动齿轮的转速由伺服阀控制主液压泵来实现；

（b）所述先导泵模块为主液压泵变量系统、液压马达换向、液压马达变速提供控制油源，为液压马达刹车系统提供动力油源，为蓄能器提供压力油；

（c）所述泵加载/卸载阀组模块可改变主泵输出口的工作压力，保护主泵不至于过压，并协助主泵变量模块按要求（如调压或卸载）进行运行；

（d）所述操控阀组模块由安全阀、平衡阀、电业换向阀和卸荷阀等组成，电液换向阀为液压马达获得两种不同的转向，平衡阀回路用以提高系统运行时的平稳性，卸荷阀使主油路呈卸载状态，安全阀在电液换向阀阀芯在中位时，与液压马达接成制动回路；

（e）所述液压马达变速模块通过液控换向阀的动作，使双速液压马达实现变速；

（f）所述刹车/调速阀组模块为电磁换向阀分别控制液压马达刹车装置的松开和双速液压马达的变速。

启闭机启闭闸门步骤如下：

（a）通过控制所述驱动系统，使得所述箱体4内的四个液压马达5同步驱动位于箱体4底部的四个主动齿轮6旋转；

（b）通过主动齿轮6与从动齿轮或齿条7的啮合，即机械系统的齿轮啮合运动副，传递运动，使得固定在闸门11上的从动齿条7在水平面或顺时针或逆时针旋转；

（c）所述从动齿条7固定在闸门11顶部，从而带动闸门11整体沿底部弧形轨道上旋转运动，实现闸门11的关闭或开启；

（d）位于箱体4底部主动齿轮6下方的四个导向轮9起导向作用，保证四对齿轮啮合运动副同时啮合，保证整个启闭机箱体4沿固定于闸门11顶部的从动齿条7方向相对于闸门11运动，而不至于脱轨；

（e）所述承载杆2可将启闭机所受来自于闸门11运动切线方向上的力传递给所述墩柱1，从而保证其受力平衡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。