研究背景

水力自動(dòng)翻板閘門在水壓力及閘門自重的作用下，利用力矩平衡原理使閘門繞水平鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而達(dá)到自動(dòng)啟閉的目。水力自動(dòng)翻板閘門具有過流能力強(qiáng)、制造方便、造價(jià)低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，較好解決了蓄水與排水安全這一對(duì)矛盾，因而在防洪、灌溉、排水、引水等工程中有廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)水力翻板閘門的弊端：只能在一種固定水位條件下翻轉(zhuǎn)閘門，不能滿足多水位控制管理需求。在實(shí)際運(yùn)行管理中，往往有不同的水位控制要求。例如河道水位在不同時(shí)期有不同的控制要求；再如在實(shí)施農(nóng)田控制排水時(shí)，不同階段排水溝水位控制有不同要求，因此有必要研究可以在多種水位條件下翻板的新型水力自動(dòng)翻板閘門。

傳統(tǒng)翻板閘門

02

設(shè)計(jì)原理

當(dāng)上游水位上升至設(shè)置值，水位開關(guān)打開，推拉電磁鐵收縮，在水壓力的作用下閘門翻轉(zhuǎn)（開啟）；當(dāng)上游水位降至最低水位時(shí)，閘門在自重及水壓力的作用下回至初始位置（關(guān)閉）。利用液位開關(guān)提供開關(guān)信號(hào)，利用太陽能板提供電能，利用推拉電磁鐵提供微動(dòng)力。

03

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、確定合理的轉(zhuǎn)軸位置

首先通過水力學(xué)知識(shí)計(jì)算水壓力的大小及合力作用位置，再結(jié)合微動(dòng)力的大小進(jìn)行力矩平衡分析，來確定一個(gè)合理的轉(zhuǎn)軸位置，使得當(dāng)水位達(dá)到設(shè)置值時(shí)，在較小的微動(dòng)力及水壓力共同作用下實(shí)現(xiàn)翻板閘門翻轉(zhuǎn)。

2、確定合理的閘門結(jié)構(gòu)

當(dāng)閘門在微動(dòng)力及水壓力共同作用下進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后，我們需要確保在水位降至最低控制水位時(shí)，閘門可以自動(dòng)回復(fù)至關(guān)閉狀態(tài)。我們初步考慮于閘門底部增加一個(gè)具有一定形狀一定重量（由計(jì)算確定）的重物結(jié)構(gòu)，使其在不影響閘門開啟的情況下，當(dāng)閘門翻轉(zhuǎn)后水位降至最低控制水位時(shí)，在水壓力及自重的作用下實(shí)現(xiàn)閘門翻轉(zhuǎn)（關(guān)閉）。

3、選擇合適的微動(dòng)力

初步選擇推拉電磁鐵作為微動(dòng)力裝置，當(dāng)水位達(dá)設(shè)置值時(shí)，液位開關(guān)打開，推拉電磁鐵收縮。由于不同水位水壓力大小及合力作用位置不同，推拉電磁鐵對(duì)翻板的支撐力也不同，需通過計(jì)算選擇合適規(guī)格的推拉電磁鐵，使其既能有足夠的拉力克服摩擦收縮，又符合微動(dòng)力的要求，功率及耗能盡量低，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

04

創(chuàng)新特色

傳統(tǒng)水力自動(dòng)翻板閘門只能實(shí)現(xiàn)一種水位控制，存在明顯的功能缺陷，不能較好的滿足實(shí)際的需求，本項(xiàng)目開發(fā)的新型水力翻板閘門，適應(yīng)多種水位控制需求，擴(kuò)大的傳統(tǒng)水力翻板閘門的應(yīng)用場(chǎng)合，提升了功能。

本裝置利用可調(diào)節(jié)的水位開關(guān)發(fā)送開關(guān)信號(hào)，利用推拉電磁鐵提供微動(dòng)力，利用太陽能板提供清潔電源，技術(shù)原理較為先進(jìn)。

05

應(yīng)用前景

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的快速增長(zhǎng), 水資源短缺和水質(zhì)惡化問題日益突出。其中，湖泊河流的水質(zhì)污染很大程度上是由農(nóng)田排水溝無節(jié)制的排水引起。因此，合理的農(nóng)田控制排水是解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)面源污染的有效措施。農(nóng)田排水過少會(huì)產(chǎn)生澇漬危害，排水過多會(huì)造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染，并嚴(yán)重浪費(fèi)水資源。本項(xiàng)目研制的微動(dòng)力可調(diào)水位水力自動(dòng)翻板閘門，可有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)田溝渠多水位控制排水，起到減排節(jié)水、保護(hù)生態(tài)的作用，將產(chǎn)生極大的生態(tài)效益和社會(huì)效益。

農(nóng)田水利

本裝置在水力自動(dòng)翻板閘門的基礎(chǔ)上，利用可調(diào)節(jié)的水位開關(guān)發(fā)送開關(guān)信號(hào)，利用推拉電磁鐵提供微動(dòng)力，利用太陽能板提供清潔電源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉、綠色低碳。

本作品可實(shí)現(xiàn)按水位自動(dòng)控制排水，且適應(yīng)雨季頻繁啟閉排水的情況，無需人工管控，可節(jié)約成本，提高效率。

本作品能夠自動(dòng)控制排水，增加雨水在溝渠中的滯留時(shí)間，加大土壤的滲水量，提高水資源的利用效率，減少農(nóng)田灌溉用水，降低農(nóng)民生產(chǎn)成本。同時(shí)，配合相應(yīng)的生態(tài)學(xué)措施，可有效減少溝渠水中污染物含量，降低農(nóng)業(yè)面源污染，可產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益。