张 宇，徐宏海，魏领会

（北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144）

1 引言

我国人均水资源仅为世界平均水平的1/4，农业用水占全国用水总量的70%，在西北地区则占到90%，而且农业水利用效率低下，渠灌区输水效率只有（30～40）%（发达国家达（70～90）%），农田灌溉实施计量管理是提高我国农业水资源使用效率的重要途径[1]。翻转式闸门通过调节开启角度对水流量进行控制，可以保障水流状态为自由流，因而计量精度较高。目前国内渠灌区翻转式闸门主要从澳大利亚进口，成本高、安装使用条件苛刻，其国产化迫在眉睫[2-3]。

针对山西中部引黄工程某型号翻转式闸门进行研究，由于用户要求闸门使用6061 铝合金材质，为降低制造成本，利用ANSYS对闸门进行参数化建模、有限元分析与结构优化，以减轻闸门重量。

2 翻转式闸门的工作原理

图1 翻转式闸门的工作原理Fig.1 Working Principle of Flip Gate

所研究的翻转式闸门与底横轴翻转式闸门的工作原理类似。闸门通过电动机转动带动输出轴旋转，进而带动钢丝绳轮转动以拉动钢丝绳，当闸门需要关闭时，则使钢丝绳轮逆时针旋转，拉动钢丝绳1 实现关闭动作；反之，则顺时针旋转拉动钢丝绳2实现开启动作，如图1 所示。图中的门框则起到对闸门门体安装固定的作用。

3 闸门参数化建模及有限元分析

3.1 参数化建模及前处理

翻转式闸门的跨度为1.094m，水头为2.3m，其Solidworks 模型，如图2 所示。闸门的框架和面板采用6061 铝合金，其弹性模量为68.9GPa，泊松比为0.33，密度为2800kg/m3；框架之间的填充板采用XPS 挤塑板，其弹性模量为1.07GPa，泊松比为0.4101，密度为 43kg/m3。……