研究背景

水力自動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，而達到自動啟閉的目。水力自動翻板閘門具有過流能力強、制造方便、造價低廉、維護簡單等諸多優(yōu)點，較好解決了蓄水與排水安全這一對矛盾，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。在實際運行管理中，往往有不同的水位控制要求。例如河道水位在不同時期有不同的控制要求；再如在實施農(nóng)田控制排水時，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翻板閘門。

傳統(tǒng)翻板閘門

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設(shè)計原理

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，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，利用太陽能板提供電能，利用推拉電磁鐵提供微動力。

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結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、確定合理的轉(zhuǎn)軸位置

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

2、確定合理的閘門結(jié)構(gòu)

當(dāng)閘門在微動力及水壓力共同作用下進行翻轉(zhuǎn)后，我們需要確保在水位降至最低控制水位時，閘門可以自動回復(fù)至關(guān)閉狀態(tài)。我們初步考慮于閘門底部增加一個具有一定形狀一定重量（由計算確定）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，在水壓力及自重的作用下實現(xiàn)閘門翻轉(zhuǎn)（關(guān)閉）。

3、選擇合適的微動力

初步選擇推拉電磁鐵作為微動力裝置，當(dāng)水位達設(shè)置值時，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，推拉電磁鐵對翻板的支撐力也不同，需通過計算選擇合適規(guī)格的推拉電磁鐵，使其既能有足夠的拉力克服摩擦收縮，又符合微動力的要求，功率及耗能盡量低，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

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創(chuàng)新特色

傳統(tǒng)水力自動翻板閘門只能實現(xiàn)一種水位控制，存在明顯的功能缺陷，不能較好的滿足實際的需求，本項目開發(fā)的新型水力翻板閘門，適應(yīng)多種水位控制需求，擴大的傳統(tǒng)水力翻板閘門的應(yīng)用場合，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，利用推拉電磁鐵提供微動力，利用太陽能板提供清潔電源，技術(shù)原理較為先進。

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應(yīng)用前景

隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的快速增長, 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)田排水過少會產(chǎn)生澇漬危害，排水過多會造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染，并嚴(yán)重浪費水資源。本項目研制的微動力可調(diào)水位水力自動翻板閘門，可有效實現(xiàn)農(nóng)田溝渠多水位控制排水，起到減排節(jié)水、保護生態(tài)的作用，將產(chǎn)生極大的生態(tài)效益和社會效益。

農(nóng)田水利

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

本作品可實現(xiàn)按水位自動控制排水，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。

本作品能夠自動控制排水，增加雨水在溝渠中的滯留時間，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，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。