灌区计量弧形闸门参数化有限元分析及结构改进

尚恒建， 徐宏海

（北方工业大学 机电工程学院，北京 100144）

0 引言

我国是水资源严重紧缺国家，农业用水特别是渠灌区水资源利用率低，浪费严重，其主要原因是没有具有计量功能的闸门。为此，我国山西运城等地区在水利部“948”计划资助下，从澳大利亚引进了FlumeGate等产品，但价格昂贵、安装条件苛刻，而且从其运行状况来看，存在以下问题：一是不能实现闸门的远程控制；二是分水信息数据通过局域无线网进行传输，灌区范围小于方圆10km；三是无手动功能。目前，国内尚无此类定型产品。为此，采用APDL对弧形闸门门板进行参数化建模并进行有限元分析，找出加强筋间距、板厚等关键结构参数对闸门变形的影响规律，对于弧形闸门的国产化设计具有较大的参考价值。

1 弧形闸门的结构分析及参数化建模

1.1 结构及分析

闸门体是由3块铝合金复合板组成。门板的重量对启闭传动系统的输出力矩有重要影响，为减轻门板的重量，同时满足门板在水压作用下的强度和刚度要求，设计了一种基于蜂窝技术的轻型高强铝合金复合门板，门板主体框架和加强筋（截面如图1所示，图中H为加强筋间距，B为框架宽度，R为弧形板半径，S为闸门跨度）由高强铝合金制作，型腔内填充铝蜂窝,然后压粘铝合金面板，具有重量轻、刚度好、不生锈等优点。两侧的扇形铝合金板依靠驱动装置对钢丝绳的传动力来改变闸门开度的大小，从而将闸门开启或者关闭。弧形板与挡水板由螺栓连接，门板内侧用螺栓固定支架，从而保证挡水板和弧形板的可靠连接。……