水运工程2012年11月第11期总第472期Nov.2012No.11SerialNo.472船闸闸门滚珠丝杆传动式启闭机的运动及受力分析王希强，蔡素文，余向阳（京杭运河江苏省交通运输厅苏北航务管理处，江苏淮安223002）摘要：京杭运河苏北段上的刘老涧一线船闸首次使用了滚珠丝杆传动式启闭机，为了揭示其运动规律及受力情况，为今后的应用和改造提供理论依据，在启闭机无变频控制及有变频控制两种情况下对其运动及受力进行分析研究。结果表明：当启闭机螺母导套以1.8m/min的设计速度沿导轨作直线运动时，无论是否采用变频控制，均满足设计300kN启闭力的要求；采用变频控制后，闸门实现了“慢-快-慢”变速运行，闸门开启关闭时更加平稳、驱动力更大，闸门角速度及驱动力大小变化率达到了33%左右。关键词：刘老涧一线船闸；运动；受力；分析：U641.3+33文献标志码：A：1002-4972(2012)11-0165-04Motionandforceanalysisforball-screw-drivenhoistoflockgateWANGXi-qiang,CAISu-wen,YUXiang-yang(WaterwayManagementBureauofGreatCanalinNorth激angsuProvince,Huai’an223002,China)Abstract:Theball-screw-drivenhoistwasfirstusedinline1shiplockofLiulao激aninnorth激angsuprovince.Inordertorevealthelawofmotionandforceandtoprovidethetheoryforfurtherapplicationandtransformation,themotionandforceoftheball-screw-drivenhoistareanalyzedunderconditionswithfrequencytransformerandwithoutfrequencytransformer.Theresultshowsthatwhenthenutruns1.8metersperminuteattrack,theforcemeetsthedesignrequirementof300kNwhetherornotweadoptthefrequencytransformer;whenweadoptthefrequencytransformer,themotionofshiplockgateachieves“slow-fast-slow”,themotionofthelockgateissteadier,theforceofgateopeningandclosingislarger,andthechangerateofboththeangularvelocityandtheforcereachesabout33%.率降低，严重时导致闸门不能运行[1]。2009年苏北运河刘老涧一线船闸首次使用了滚珠丝杆传动式启闭机作为新一代大型船闸用启闭机械[2-3]，其与液压启闭机械相比，具有运行平稳、可靠性高、同步性好、传动效率高、环保无污染、维修使用方便、使用寿命长等优点。现以刘老涧一线船闸闸门滚珠丝杆传动式启闭机为例，分析其运动及受力情况，研究其对闸门开关的影响。江苏省内船闸使用的启闭机主要有以下几类：液压直推式、液压四连杆式、齿条推杆式、钢丝绳卷扬式、齿轮齿条式和液压双齿条式等。而其中液压式启闭机占了80%以上，液压式启闭机主要存在故障率高、故障判断难、维护成本高噪音大、使用周期短等问题，同时，液压系统的“跑、冒、滴、漏”现象时有发生，不仅浪费能源污染环境，而且导致启闭设备运转异常，效收稿日期：2012-04-19作者简介：王希强（1980—），男，工程师，硕士，从事京杭大运河船闸机电管理及养护工作。•166•水运工程2012年着BDC连线方向，A点绕O点作旋转运动，方向垂直于OA杆。根据速度合成定理[4]有1滚珠丝杆传动式启闭机的结构及工作原理滚珠丝杆传动式启闭机的结构如图1所示。vB=vA+vBA（1）123456式中:vB为螺母导套的速度，大小已知，方向沿BDC连线方向；vA为闸门与推拉杆连接点A处的速度，方向已知，垂直于OA杆；vBA为点B相对于点A的速度，方向已知，垂直于AB杆。作速度三角形如图3所示，由正弦定理有78ᮆᮆ˖ᮆvA=vB=vAB注：1.电机减速机组，2.扭矩限制器，3.滚珠丝杆，4.螺母导套，5.轴承，6.推拉杆，7.缓冲器，8.闸门。图1滚珠丝杆传动式启闭机的结构sin^123.75c-bhsin^a+bhsin^56.25c-（2）ah式中：α为闸门与闸室横轴线的夹角；β为推拉杆AB与闸室横轴线的夹角。滚珠丝杆传动式启闭机工作原理：电机减速机组1输出的动力经过扭矩限制器2带动滚珠丝杆3作旋转运动，滚珠丝杆3两端由轴承5限制，只能作旋转运动而不能沿轴线进行移动。丝杆上的螺母导套4在两侧导轨的限制下沿滚珠丝杆作轴向直线运动并通过推拉杆6带动闸门8绕顶底枢轴线进行转动，从而实现闸门的开启和关闭。扭矩限制器2的作用是在闸门开启关闭遇阻时，限制最大的输出扭矩，从而保护电机减速机组...