配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置及方法与流程

1.本发明属于水电站闸门锁定技术领域，涉及一种配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置及方法。


背景技术：

2.在水利系统工程中，会设置很多用于水库设备检修挡水或泄洪所需的平面闸门，对于检修挡水功能的闸门来说，该类平面闸门一般通过闸门锁定梁将闸门支撑在闸门门槽孔口部位，当需要将闸门落门投入检修挡水时，首先需要将支撑闸门的锁定梁进行退出支撑闸门工况，然后再将闸门进行落门操作，实现投入挡水功能，当需要退出挡水功能时，通过启闭机将闸门提出孔口，然后将闸门通过闸门锁定梁支撑悬挂在孔口部位，即完成了一次闸门检修挡水功能。
3.对于泄洪闸门而言，主要用于宣泄水库较多的来水，确保库区水位处于安全高度，该类闸门一般置于泄洪流道孔口部位挡水，当需要进行泄洪工作时，通过启闭机将该平面闸门提出孔口进行泄洪工作，为防止闸门下滑影响泄洪，一般通过闸门锁定梁将闸门有效支撑在孔口上方，当泄洪完成后，再撤出闸门锁定梁的支撑，通过启闭机将闸门落到底坎部位进行挡水，及完成了一次闸门提门泄洪功能。
4.上述两种方式对平面闸门支撑的锁定梁需要在不同工况阶段进行投入和退出状态之间相互切换，而目前对闸门锁定梁的主要操作方法是：一种是采取人工操作，该方法也是目前使用最普遍的操作方法，但该方法非常耗费人力，效率也非常低，且在闸门孔口操作存在安全隐患；另一种是采用外部力量驱动锁定梁，如液压驱动锁定梁，电能驱动锁定梁等，该方法能实现锁定梁的自动投退，但该类方法相当于在孔口位置增加了一套驱动设备，给维护人员增加了不必要的维护工作，且锁定梁的投退工况使用频率非常低，如此增加一套设备，性价比不高；另外，闸门一般安装在室外，所以锁定梁的工作环境非常恶劣，如潮湿、烈日暴晒、低温等情况，在这样的环境中安装投退装置动力源驱动设备容易导致驱动设备系统发生故障，从而影响设备正常运行。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置及方法，采用投退机构和摆臂与加速机构连接并以加速机构为支点形成杠杆，投退机构的臂架上设置锁定梁和配重梁，加速机构的齿轮座固定于闸门口两端的基础面上，跟随滚固定与闸门侧面，摆臂向闸门口上部延伸并呈倾斜状，跟随滚随闸门上下运动，加速机构配合投退机构对闸门自动投入锁定，且在退出锁定后不影响闸门的闭门和启门，自动完成锁定和退出，无需电力驱动设备，有效克服恶劣环境，不易导致系统故障，提高设备运行效率。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置，它包括加速机构、投退机构、摆臂和跟随滚；所述投退机构和摆臂与加速机
构连接并以加速机构为支点形成杠杆，跟随滚与摆臂滚动接触并驱动摆臂摆动；摆臂在摆动时驱动加速机构带动投退机构加速翻转，使投退机构的锁定梁换位实现投入锁定，或者，投退机构的配重梁在自重下使锁定梁复位实现退出锁定，并驱动加速机构带动摆臂复位。
7.所述加速机构包括齿轮座内啮合的主动齿轮和过渡齿轮，输出齿轮与过渡齿轮啮合；主动齿轮和过渡齿轮的齿数相同，输出齿轮的齿数小于过渡齿轮的齿数。
8.所述投退机构包括转轴两端固定连接的臂架，以及与臂架连接的锁定梁和配重梁；转轴与加速机构的输出齿轮连接。
9.所述臂架包括水平臂连接的竖直臂，水平臂一端设置向上延伸的倾斜臂，转轴穿过水平臂和竖直臂的连接处，竖直臂端头设置的轴头与锁定梁配合，倾斜臂端头设置的轴头与配重梁配合；水平臂的长度大于竖直臂的长度。
10.所述锁定梁和配重梁皆为中空的梁体，位于中空的梁体内轴向设置配重体，配重体的横截面为梯形结构，其端头横截面较小一侧设置轴孔。
11.所述摆臂为中空的框架，位于一侧的边框两端皆向外延展并形成导向坡，位于另一侧的边框下端设置的连接臂的长度大于其对应侧的导向坡的长度；连接臂与加速机构的主动齿轮连接。
12.所述连接臂的下端设置缓冲机构；缓冲机构的缓冲轴上轴向设置键槽和径向设置限位槽，缓冲轴与加速机构的齿轮座配合连接主动齿轮，连接臂与缓冲轴配合，限位销穿过连接臂与限位槽配合，扭簧的两端分别与连接臂和缓冲轴连接。
13.所述跟随滚的滚轴两端设置滚轮，靠近滚轮的固定块与滚轴连接；固定块上设置有卡槽，安装孔侧向穿过卡槽。
14.所述摆臂呈倾斜状，跟随滚的滚轮与摆臂的边框上侧面或下侧面滚动接触。
15.如上所述的配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置的自动投退方法，它包括如下步骤：s1，安装，将齿轮座固定于闸门口的两端的基础面上，摆臂向闸门口上部延伸并呈倾斜状，将跟随滚的固定块固定于闸门的两侧靠近支撑耳板；此步骤中，闸门处于待投入状态，滚轮位于摆臂上部不与其接触，配重梁由闸门基础面支撑，锁定梁处于悬空状态并远离闸门边沿，锁定梁的长度大于闸门口的宽度；s2，开始投入，闸门向下运动，滚轮缓慢靠近摆臂上端的导向坡并与其滚动接触，滚轮滚过该导向坡时，在缓冲机构的扭簧的扭力作用下，使摆臂绕缓冲轴转动一个角度而缓冲轴不转动；此步骤中，滚轮与摆臂上端的导向坡形成缓冲接触，主动齿轮不转动；s3，投入锁定前，闸门继续下降，滚轮越过摆臂上端的导向坡进入摆臂上侧面与其滚动时，由限位销与限位槽一端抵触对摆臂进行限位，摆臂在滚轮滚压下驱动主动齿轮带动过渡齿轮转动，过渡齿轮带动输出齿轮加速转动，输出齿轮带动转轴和臂架转动，臂架转动时使配重梁快速向上运动脱离闸门基础面，锁定梁逐渐下降并缓慢靠近闸门侧面；s4，投入锁定，闸门继续下降，当锁定梁随之下降并靠近闸门侧面的过程中，支撑耳板压持锁定梁上侧面使其向下运动最终其两端与闸门基础面接触，限制闸门下降，闸门在锁定位停止；此步骤中，滚轮越过摆臂一侧的下端；s5，退出锁定，闸门向上运动，在配重梁的重力作用下，臂架带动转轴和输出齿轮转动，输出齿轮带动过渡齿轮和主动齿轮转动，主动齿轮带动摆臂复位；此步骤中，锁定梁
随闸门向上运动过程中与支撑耳板滑动接触，直至配重梁与闸门基础面接触，且锁定梁脱离支撑耳板，滚轮位于摆臂的背侧；s6，闭门，在退出锁定后，闸门向下运动，直至闸门下落至门槽；s7，启门，在退出锁定后或闭门后，闸门向上运动过程中，滚轮与摆臂背侧逐渐滚动接触，在滚轮经过摆臂背侧上端时，使摆臂绕缓冲轴转动一个角度，缓冲轴不转动，从而使滚轮越过摆臂上升至摆臂上部，等待下一次投退。
16.本发明的主要有益效果在于：跟随滚安装于闸门侧面，随闸门升降而升降，跟随滚和摆臂配合作为加速机构的驱动件，无需其它动力源。
17.投退机构和摆臂与加速机构连接并以加速机构为支点形成杠杆，摆臂向闸门口上方倾斜，由于在闸门下行时与滚轮接触。
18.摆臂与主动齿轮连接，过渡齿轮与输出齿轮啮合，投退机构的转轴与输出齿轮连接，主动齿轮和过渡齿轮的齿数相同，过渡齿轮的齿数大于输出齿轮的齿数，从而在摆臂缓慢摆动时能够使转轴连接的臂架快速翻转，形成加速。
19.臂架为弯折结构，其水平臂一端设置向上延伸的倾斜臂，竖直臂和倾斜臂上皆设置轴头分别与锁定梁和配重梁配合，水平臂的长度大于竖直臂的长度，在锁定梁无约束的情况下，利用配重梁的重力驱动加速机构带动投退机构和摆臂复位。
20.锁定梁和配重梁内部设置配重体，使得臂架在翻转过程中，锁定梁和配重梁的上侧面始终朝上。
21.跟随滚随闸门上下运动，加速机构配合投退机构对闸门自动投入锁定，且在退出锁定后不影响闸门的闭门和启门，自动完成锁定和退出，无需电力驱动设备。
22.摆臂与主动齿轮之间通过缓冲机构连接，限位销与限位槽配合限制摆臂的活动摆幅夹角，有利于在投入时进行缓冲，减小滚轮对摆臂的冲击力，避免齿轮受损；还有利于在启门过程中，使滚轮顺利越过摆臂。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的安装状态图。
24.图2为本发明的使用状态图。
25.图3为本发明的结构示意图。
26.图4为本发明齿轮座的结构示意图。
27.图5为图1的a处放大示意图。
28.图6为本发明转轴和臂架连接的结构示意图。
29.图7为本发明配重梁的结构示意图。
30.图8为本发明锁定梁的结构示意图。
31.图9为本发明摆臂的结构示意图。
32.图10为本发明缓冲轴的结构示意图。
33.图11为本发明跟随滚的结构示意图。
34.图12为本发明投入前的状态图。
35.图13为本发明投入时的状态图。
36.图14为本发明闸门锁定时的状态图。
37.图15为本发明闸门在退出锁定后闭门或启门时的状态图。
38.图中：加速机构1，齿轮座11，主动齿轮12，过渡齿轮13，输出齿轮14，投退机构2，转轴21，臂架22，锁定梁23，配重梁24，配重体25，摆臂3，导向坡31，连接臂32，跟随滚4，滚轴41，滚轮42，固定块43，缓冲机构5，缓冲轴51，键槽52，限位槽53，限位销54，扭簧55，支撑耳板6。
具体实施方式
39.如图1~图15中，一种配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置，它包括加速机构1、投退机构2、摆臂3和跟随滚4；所述投退机构2和摆臂3与加速机构1连接并以加速机构1为支点形成杠杆，跟随滚4与摆臂3滚动接触并驱动摆臂3摆动；摆臂3在摆动时驱动加速机构1带动投退机构2加速翻转，使投退机构2的锁定梁23换位实现投入锁定，或者，投退机构2的配重梁24在自重下使锁定梁23复位实现退出锁定，并驱动加速机构1带动摆臂3复位。使用时，加速机构1的齿轮座11固定于闸门口两端的基础面上，跟随滚4固定与闸门侧面，摆臂3向闸门口上部延伸并呈倾斜状，跟随滚4随闸门上下运动，加速机构1配合投退机构2对闸门自动投入锁定，且在退出锁定后不影响闸门的闭门和启门，自动完成锁定和退出，无需电力驱动设备，有效克服恶劣环境，不易导致系统故障，提高设备运行效率。
40.优选的方案中，所述加速机构1包括齿轮座11内啮合的主动齿轮12和过渡齿轮13，输出齿轮14与过渡齿轮13啮合；主动齿轮12和过渡齿轮13的齿数相同，输出齿轮14的齿数小于过渡齿轮13的齿数。使用时，主动齿轮12带动过渡齿轮13转动，过渡齿轮13带动输出齿轮14转动，或者，输出齿轮14带动过渡齿轮13转动，过渡齿轮13带动主动齿轮12转动。
41.优选地，主动齿轮12和过渡齿轮13的齿数相同，过渡齿轮13的齿数是输出齿轮14的倍数，从而使输出齿轮14的转速快于主动齿轮12和过渡齿轮13的转速。
42.优选的方案中，所述投退机构2包括转轴21两端固定连接的臂架22，以及与臂架22连接的锁定梁23和配重梁24；转轴21与加速机构1的输出齿轮14连接。使用时，输出齿轮14转动带动转轴21转动，转轴21转动时带动臂架22翻转，使锁定梁23下降、配重梁24升高；或者，在配重梁24的自重作用下带动臂架22回转，使锁定梁23升高、配重梁24下降。
43.优选的方案中，所述臂架22包括水平臂连接的竖直臂，水平臂一端设置向上延伸的倾斜臂，转轴21穿过水平臂和竖直臂的连接处，竖直臂端头设置的轴头与锁定梁23配合，倾斜臂端头设置的轴头与配重梁24配合；水平臂的长度大于竖直臂的长度。使用时，水平臂的长度大于竖直臂的长度，且水平臂连接的倾斜臂上设置配重梁24，当配重梁24处于悬空状态时，有利于利用自重驱动转轴21转动，并使锁定梁23向上运动。
44.优选地，水平臂和竖直臂以转轴21为支点形成杠杆，因水平臂和倾斜臂相加的长度远大于竖直臂的长度，若锁定梁23和配重梁24的质量相等，则配重梁24一端的势能相对较大，有利于驱动加速机构1转动。
45.优选地，倾斜臂为倾斜状，有利于使倾斜臂前端与配重梁24连接后，使连接点靠近配重梁24上侧面，同时下侧面又能够与闸门基础面接触，且使水平臂在初始阶段保持水平状。
46.优选的方案中，所述锁定梁23和配重梁24皆为中空的梁体，位于中空的梁体内轴向设置配重体25，配重体25的横截面为梯形结构，其端头横截面较小一侧设置轴孔。使用时，锁定梁23和配重梁24的腔体内设置配重体25，配重体25横截面较小的上端设置轴孔与臂架22上的轴头配合，使得锁定梁23和配重梁24在悬空无干涉状态时，能够绕轴头自由转动，其上侧面始终处于水平状态。
47.优选地，锁定梁23只有在退出锁定阶段才会发生干涉，也即是，锁定梁23随闸门向上运动过程中，锁定梁23上侧面与支撑耳板6滑动接触才会产生干涉。
48.优选地，锁定梁23的两侧沿轴向方向设置避让槽，以避开摆臂3边框下端的导向坡31。
49.优选的方案中，所述摆臂3为中空的框架，位于一侧的边框两端皆向外延展并形成导向坡31，位于另一侧的边框下端设置的连接臂32的长度大于其对应侧的导向坡31的长度；连接臂32与加速机构1的主动齿轮12连接。使用时，导向坡31用于对滚轮42进行导向，使其能够顺利进入边框上侧面或下侧面与其滚动接触；由于连接臂32的长度相对于对应侧的导向坡31的长度要长得多，使得滚轮42能够从摆臂3上侧面越过并从其下端进入摆臂3背侧而不被干涉，同时又能够使锁定梁23下降靠近闸门侧面时不被摆臂3阻挡。
50.优选的方案中，所述连接臂32的下端设置缓冲机构5；缓冲机构5的缓冲轴51上轴向设置键槽52和径向设置限位槽53，缓冲轴51与加速机构1的齿轮座11配合连接主动齿轮12，连接臂32与缓冲轴51配合，限位销54穿过连接臂32与限位槽53配合，扭簧55的两端分别与连接臂32和缓冲轴51连接。使用时，摆臂3在摆动过程中，绕缓冲轴51转动，限位销54在限位槽53内滑移，滑移阶段，缓冲轴51不转动，只有当限位销54滑移至限位槽53一端与其抵触时，摆臂3继续摆动才能带动缓冲轴51转动，缓冲轴51转动时驱动主动齿轮12转动。
51.优选地，由于扭簧55的两端分别与连接臂32和缓冲轴51连接，限位销54在限位槽53内滑移过程中，扭簧55产生扭转力，使摆臂3在不受力的情况下能够使限位销54复位。
52.优选地，主动齿轮12的轴孔内的锁定键与缓冲轴51上的键槽52配合，使得缓冲轴51转动时带动主动齿轮12转动。
53.优选的方案中，所述跟随滚4的滚轴41两端设置滚轮42，靠近滚轮42的固定块43与滚轴41连接；固定块43上设置有卡槽，安装孔侧向穿过卡槽。使用时，固定块43的卡槽与闸门两侧的边沿卡合，紧固件穿过安装孔与闸门连接固定，滚轴41穿过闸门侧面的支撑耳板6，滚轮42位于闸门板面外侧。
54.优选的方案中，所述摆臂3呈倾斜状，跟随滚4的滚轮42与摆臂3的边框上侧面或下侧面滚动接触。使用时，摆臂3在安装后，呈倾斜状位于闸门槽口上部，且在闸门升降过程中，不与闸门两侧的面板接触，只与跟随滚4的滚轮42滚动接触。
55.优选地，摆臂3安装时，其倾斜度通过转动主动齿轮12进行调整，摆臂3的倾角达到设定的角度后，限位销54位于限位槽53的中间段不与限位槽53的两端接触，只有在摆臂3摆动偏转时，才与限位槽53的两端接触，减小滚轮42下行时对摆臂3的缓冲，或者，使滚轮42上行时能够顺利越过摆臂3的上端。
56.优选的方案中，如上所述的配重杠杆式闸门锁定梁自动投退装置的自动投退方法，它包括如下步骤：s1，安装，将齿轮座11固定于闸门口的两端的基础面上，摆臂3向闸门口上部延伸
并呈倾斜状，将跟随滚4的固定块43固定于闸门的两侧靠近支撑耳板6；此步骤中，闸门处于待投入状态，滚轮42位于摆臂3上部不与其接触，配重梁24由闸门基础面支撑，锁定梁23处于悬空状态并远离闸门边沿，锁定梁23的长度大于闸门口的宽度；s2，开始投入，闸门向下运动，滚轮42缓慢靠近摆臂3上端的导向坡31并与其滚动接触，滚轮42滚过该导向坡31时，在缓冲机构5的扭簧55的扭力作用下，使摆臂3绕缓冲轴51转动一个角度而缓冲轴51不转动；此步骤中，滚轮42与摆臂3上端的导向坡31形成缓冲接触，主动齿轮12不转动；s3，投入锁定前，闸门继续下降，滚轮42越过摆臂3上端的导向坡31进入摆臂3上侧面与其滚动时，由限位销54与限位槽53一端抵触对摆臂3进行限位，摆臂3在滚轮42滚压下驱动主动齿轮12带动过渡齿轮13转动，过渡齿轮13带动输出齿轮14加速转动，输出齿轮14带动转轴21和臂架22转动，臂架22转动时使配重梁24快速向上运动脱离闸门基础面，锁定梁23逐渐下降并缓慢靠近闸门侧面；s4，投入锁定，闸门继续下降，当锁定梁23随之下降并靠近闸门侧面的过程中，支撑耳板6压持锁定梁23上侧面使其向下运动最终其两端与闸门基础面接触，限制闸门下降，闸门在锁定位停止；此步骤中，滚轮42越过摆臂3一侧的下端；s5，退出锁定，闸门向上运动，在配重梁24的重力作用下，臂架22带动转轴21和输出齿轮14转动，输出齿轮14带动过渡齿轮13和主动齿轮12转动，主动齿轮12带动摆臂3复位；此步骤中，锁定梁23随闸门向上运动过程中与支撑耳板6滑动接触，直至配重梁24与闸门基础面接触，且锁定梁23脱离支撑耳板6，滚轮42位于摆臂3的背侧；s6，闭门，在退出锁定后，闸门向下运动，直至闸门下落至门槽；s7，启门，在退出锁定后或闭门后，闸门向上运动过程中，滚轮42与摆臂3背侧逐渐滚动接触，在滚轮42经过摆臂3背侧上端时，使摆臂3绕缓冲轴51转动一个角度，缓冲轴51不转动，从而使滚轮42越过摆臂3上升至摆臂3上部，等待下一次投退。
57.上述方法利用闸门开闭升降过程，实现了自动投入锁定和自动退出锁定，且不影响闭门和启门，无需增加电动驱动类设备，减少设备的系统故障，且能在投入锁定、退出锁定、闭门和启门之间相互切换，不仅提高了效率，还提高了安全性能。
58.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。