小型闸水坝闸门提升系统设计（说明书+CAD图纸)
摘要
本文针对闸门、电动机、提升系统设计方案的选定，闸门结构设计和提升系统等进行了介绍，运用PLC输出控制脉冲，以控制电机，通过蜗轮蜗杆传动丝杠，实现了对闸门的控制。采用电动机作为动力，因为它控制方便、成本低、装置简单。
该水闸工作门属于大型平板闸门，在技术设计阶段根据几种常用闸门的优缺点进行了比选，结合所设计条件，并从技术经济方面进行方案比较论证，所选结构由门框、门板、密封圈、吊耳及可调式锲块等部件组成，其提升系统就是在电动机和蜗轮蜗杆传动的基础上设计而成的，具有结构合理、控制、安装、调试、使用、维护等方便、性能可靠的特点。
关键词 螺纹传动；电动机；PLC
1绪论
闸门是建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑物。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调节流量。水闸按其功用可分为：①节制闸。用以调节上游水位，控制下泄流量。建于河道上的节制闸也称拦河闸。②进水闸，又称渠首闸。位于江河、湖泊、水库岸边，用以控制引水流量。③分洪闸。建于河道的一侧，用以将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、洼地等分洪区，及时削减洪峰。④排水闸。建于排水渠末端的江河沿岸堤防上，既可防止河水倒灌，又可排除洪涝渍水。当洼地内有灌溉要求时，也可关门蓄水或从江河引水。具有双向挡水，有时兼有双向过流的特点。⑤挡潮闸。建于河口地段，涨潮时关闸，防止海水倒灌，退潮时开闸泄水，具有双向挡水的特点。⑥冲沙闸。用于排除进水闸或节制闸前淤积的泥沙，常建在进水闸一侧的河道上与节制闸并排布置，或建于引水渠内的进水闸旁。
水闸由闸室、上游连接段和下游连接段组成。闸室是水闸的主体，设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。闸门用来挡水和控制过闸流量，闸墩用以分隔闸孔和支承闸门、胸墙、工作桥、交通桥等。底板是闸室的基础，将闸室上部结构的重量及荷载向地基传递，兼有防渗和防冲作用。闸室分别与上下游连接段和两岸或其他建筑物连接。上游连接段由防冲槽、护底、铺盖、两岸翼墙和护坡组成，用以引导水流平顺地进入闸室，延长闸基及两岸的渗径长度，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。下游连接段一般由护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、护坡等组成，用以引导出闸水流均匀扩散，消除水流剩余动能，防止水流对河床及岸坡的冲刷。水闸大多建在平原地区的软土地基上。地基土壤承载能力、抗冲能力低，抗渗稳定性差，压缩性大以及水头低而水位变幅大是水闸的主要工作特点。水闸设计包括：选择闸址和闸孔形式，确定闸孔尺寸，拟定消能防冲、防渗、地基处理、闸室布置方案，进行稳定、沉降、结构计算等。
2 方案的设计及其论证
2.1 传动系统的选择
此水闸是建在平原地区的软土地基上。地基土壤承载能力、抗冲能力低，抗渗稳定性差，压缩性大以及水头低而水位变幅大是水闸的主要工作特点。水闸设计包括：选择闸址和闸孔形式，确定闸孔尺寸，拟定消能防冲、防渗、地基处理、闸室布置方案，进行稳定、沉降、结构计算等。
方案1： 利用交流电机和同步带传动。
优点：传动装置简单、易于控制、加工方便、成本低、已形成标准、易于购买。
缺点：易于变形、远距离时一般不能保证传动需要。
方案2： 利用丝杠传动。
优点：结构简单、承载能力强、远距离传动时也能保证一定的传动标准。
缺点：加工成本高、传动装置复杂。
由于我所设计的闸门跨度比较大且承载能力强，所以选用方案2比较合适。
2.2 PLC的选则
可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术等现代技术而发展起来的一种自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。早期的可编程控制器主要是用来代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。
作为一种新型的工业自动控制装置，PLC有以下一些特点：
高可靠性和强抗干扰能力（平均无故障时间可达数万小时）
1. 丰富的I/O接口模块
2. 灵活性好
3. 系统安装简单，维修方便
由于PLC自身的特点和优势，在工业控制中PLC得到了广泛应用，包括机械、冶金、化工、电力、运输、建筑等众多领域。PLC主要的应用领域包括以下几个方面：
1. 逻辑控制
2. 运动控制
3. 闭环过程控制
4. 数据处理
5. 通讯联网
PLC大多采用梯形图作为主要的编程语言。梯形图是一种面向用户的编程语言、形象、直观和实用，并且与继电器控制电路很相似，很容易将继电器控制电路图转化为梯形图。
基于以上的特点，故本提升系统使用PLC的梯形图作为编辑语言。
目 录
1 绪论………………………………………………………………………………1
2 方案的设计及其论证……………………………………………………………2
2.1 传动系统的选择……………………………………………………………2
2.2 PLC的选择…………………………………………………………………2
2.3 闸门方案比较………………………………………………………………3
3 露顶式平面钢闸门的设计…………………………………………………4
3.1 设计资料……………………………………………………………………4
3.2 闸门结构的形式及布置……………………………………………………4
3.3 面板设计……………………………………………………………………5
3.4 水平次梁、顶梁、底梁的设计……………………………………………7
3.5 主梁设计……………………………………………………………………12
3.6 横隔板设计…………………………………………………………………18
3.7 纵向联结系设计……………………………………………………………19
3.8 边梁设计……………………………………………………………………20
3.9 行走支承设计………………………………………………………………22
3.10 闸门启门力和吊座计算……………………………………………………22
3.11 胶木滑道支承轨道设计……………………………………………………23
4 传动部分计算…………………………………………………………………25
4.1螺旋传动………………………………………………………………………25
4.1.1 螺旋传动计算……………………………………………………………25
4.1.2 螺纹牙强度的校验计算…………………………………………………25
4.1.3 螺杆强度的校验计算……………………………………………………26
4.2 电动机的选择………………………………………………………………26
4.2.1 电动机的工作状态………………………………………………………26
4.2.2 电动机的选择……………………………………………………………27
4.2.3 总传动比计算……………………………………………………………27
4.3 支承架计算…………………………………………………………………27
4.4 蜗轮蜗杆计算………………………………………………………………28
4.4.1 蜗杆传动的类型及特点………………………………………………29
4.4.2 方案的确定………………………………………………………………29
4.4.3 接触强度设计计算………………………………………………………29
4.4.4校验原设计方案的有关参考是否要修正………………………………29
4.4.5弯曲强度校验计算………………………………………………………30
5 小型闸门提升系统的PLC控制………………………………………31
5.1 应用背景……………………………………………………………………31
5.2 提升系统的控制要…………………………………………………………31
5.3 PLC选型及I/O定义…………………………………………………………31
5.4 提升系统的PLC控制梯形图设计…………………………………………31
结论…………………………………………………………………………………33
致谢…………………………………………………………………………………34
参考文献………………………………………………………………………………………35
附录………………………………………………………………………………36
附录1……………………………………………………………………………40
附录2…………………………………………………………………………………43
参考文献
[1] 龚桂义主编, 《机械设计基础》，高等教育出版社
[2] 马尔津逊著, 《水工建筑物的启闭机械》, 水利电力出版社
[3] 武汉水利电力学院,大连工学院,华东水利学院合编, 《水工钢结构》, 水利电力出版社
[4] 龚桂义主编, 《课程设计图册》，高等教育出版社
[5] 孟少农主编，《机械加工工艺设计手册》，机械工业出版社
[6] 侯镇冰主编，《机械设计制图手册》，同济大学出版社
[7] 朱龙根主编，《简明机械零件设计手册》，机械工业出版社
