铸铁闸门的启闭力计算
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摘要论述了闸门的轴向力及扭矩的计算方法
Abstract: Discussion about calculation method of axial force and torque of sluice
Key words：cast iron sluice ；metallic seal ；axial force of gate stem ；sluice torque
中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：
计算用符号及其单位
ρ-----介质的密度（kg/m³），对于水，ρ=1000kg/m³
g-----重力加速度，g=9.81m/s²
H-----介质的工作水头（m）
P-----介质的工作压力（MPa），
W、h-----分别为方闸门的公称宽度和高度（mm）
D----圆闸门的公称直径（mm）
b-----密封面宽度（mm）
d-----闸杆直径（mm）
、t-----分别为闸杆梯形螺纹的中径和螺距（mm）
n-----闸杆梯形螺纹的头数
λ-----梯形螺纹的螺旋升角（º），
、-----分别为关闭和开启时, 闸杆梯形螺纹的摩擦系数，对于有
的不锈钢―铜合金的螺旋副，=0.17，=0.27
、-----分别为关闭和开启时，梯形螺纹的当量摩擦角（º），，
、-----分别为闸板组件和闸杆组件的重力（N）
-----密封面的密封比压（MPa），对于铜合金密封副，
-----介质的静压力（N），对于方闸门，= (w + b)・(h + b)P；对于圆闸门，
-----密封面的密封力（N），对于方闸门，2b(w+h+2b)；对于圆闸门，
、-----分别为关闭和开启时，密封面的摩擦系数，对于铜合金密封副，=0.25，
α-----楔块工作面的倾角，= 5.71º
、-----分别为关闭和开启时，楔块工作面的摩擦角（º），楔块一般选取与密封面
相同的材料， =14.04º， =19.29º
、-----分别为密封面和楔块工作面的正压力（N ）
、-----分别为密封面和楔块工作面的摩擦力（N ），，
-----轴承摩擦系数，对于单向推力球轴承，= 0.01
-----轴承的平均直径（mm）
、-----分别为关闭和开启时，闸杆轴向力（N ）
、-----分别为关闭和开启时，闸杆梯形螺纹的摩擦扭矩（N．m）
、-----分别为关闭和开启时，轴承摩擦扭矩（N．m）
、-----分别为关闭和开启时，闸门扭矩（N．m）
概述
金属密封的铸铁闸门广泛应用于城市给排水、化工、冶金、轻工、制药、农田灌溉等行业水处理工程上，起切断水流作用。电动明杆方闸的外形结构如图1，性能规范见下表：
本文以闸板和闸杆移动组件的整体为研究对象，通过关闭位置的静载荷受力平衡分析，推导了闸门启闭力的计算公式，为设计或选用电传动装置及土建基础设计提供了理论依据。
1闸杆轴向力
一般工程上通常按静载荷处理。
1.1正向承压工况，闸板受力分析见图2
1.1.1当时，按自动密封计算，=0
（1）关闭时，由
-=0
---+ =0
解得
=0.25-- ------(1)
（2）开启时，由
-=0
--- =0
解得
=0.35++ ------(2)
1.1.2当时，按半自动密封计算，取=
（1）关闭时，由
R1--R2．+．=0
---+ +．+R2．=0
解得
=0.61-0.36--------(3)
（2）开启时，由
--．-．=0
--- -．+R2．=0
解得
=0.59-0.24++------(4)
1.2反向承压工况，按强制密封计算，取=，闸板受力分析见图3
（1）关闭时，由
+-．+．=0
---+ +．+．=0
解得
=0.61+0.36--------(5)
（2）开启时，由
+-．-．=0
--- -．+．=0
解得
=0.59+0.24++------(6)
2闸门的总扭矩
（1）关闭时
------(7)
（2）开启时
------(8)
3以某污水厂使用的FZ9T-12.4mX2.2m电动方闸为例，计算闸杆轴向力及闸门扭矩
3.1工况参数
方闸规格 工作水头 泄漏量（L/min・m） 介质 使用温度
2.4mX2.2m 正向10m或反向6m 正向1.25，反向2.5 污水 常温
3.2初选参数
结束语
一般情况下，对于单向承压（正向或反向）工况，最大操作力为开启瞬间，而双向承压工况，最大操作力出现在反向承压时的开启瞬间。按上述公式计算出的传动装置应提供的闸门启闭所需的最大轴向力和扭矩后，再乘以1.2～1.3的安全系数作为设计或选用传动装置输出力、扭矩及土建基础设计的依据，而最终闸杆轴径的确定还需进行应力和关闭时的压杆稳定性校核。
参考文献
［1］沈阳阀门研究所．阀门设计．1976
［2］ANSI/AWWA C501CAST-IRON SLUICE GATES