1.4.2 本课题的关键技术和方法
（1）利用solidworks进行三维建模，将机架、滑轮组、卷筒组、驱动装置（包括开式齿轮副、减速器、制动器、电动机等）的三维实体模型建立出来； （2）利用solidworks进行三维建模，将所建立的三维实体装配在一起； （3）利用solidworks生成工程图，将所得到的装配体生成二维平面图，并添加主要尺寸以及配合尺寸；
（4）利用solidworks simulation插件对机架进行有限元分析。
1.4.3 本课题的主要成果及其意义
1.4.3.1本课题的主要成果
（1）完成了固定式卷扬启闭机机架的设计计算； （2）建立了固定式卷扬启闭机的三维模型； （3）对启闭机机架进行了有限元分析分析； （4）生成固定式卷扬机的二维工程图； （5）完成毕业论文一份。
1.4.3.2 本课题的研究意义
本课题采用了先进的三维建模技术和有限元分析方法，应用于传统的固定式卷扬启闭机当中，实现了产品模型的参数化、数字化，不仅提高了产品的设计质量，而且缩短了产品的研发周期，降低了设计成本，能为企业带来可观的经济效益和社会效益。本课题所采用的研究技术和方法对其他机械产品的设计和研发也有一定的参考价值。
1.5 本章小结
本章较全面概述了论文的目的意义、国内外启闭机的研究应用现状、存在问题以及未来发展趋势，阐述了本课题的主要研究内容、技术路线、关键技术及创新点、主要成果及本课题的研究意义等。
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2 启闭机结构设计与三维建模
2.1 卷扬式启闭机结构设计
2.1.1 启闭机种类及特点
按传动方式来分，启闭机有机械式和液压式两种类型；从启闭机的布置方式来分，启闭机有固定式和移动式两种。其中：固定式的启闭机有螺杆式、连杆式、链式、卷扬式等，这类启闭机专机专用，即一台启闭机只用来操作一扇闸门或拦污栅；而移动式启闭机又有桥式、门式、半门式等类型，这类启闭机往往一机多用，即一台启闭机用以轮流操作一组闸门或拦污栅。
螺杆式启闭机：如图1.1所示，由于它采用人力驱动或小电机驱动，其启闭力小、起升速度慢、结构简单，具有自锁功能，故广泛应用于小型水电站。
卷扬式启闭机：如图2.1 所示，卷扬式启闭机用于各种水利水电工程中，用来启闭各种闸门，由于卷扬式启闭机通过了减速器和开式齿轮的减速，速比可以很大，其实际扬程也可以不受限制，因此，卷扬式启闭机结构紧凑，承载能力大，运行平稳可靠，安装维修方便，同等承载能力条件下其所需费用较少。在电站厂房内用于起吊闸门或拦污栅的启闭机多为固定式卷扬启闭机[4]。
液压式启闭机：如图1.4 所示，由于液压启闭机与其他启闭设备相比具有结构简单紧凑，量轻但承载能力大，传动平稳且传动效率高，易于防止过载、安全可靠等优点，是未来发展的趋势。但是，由于液压式启闭机要求加工精度高，对起升高度有一定的限制，因此在某种程度上限制了它的广泛应用。
通过以上几种启闭机的比较，本课题的研究对象选择优点突出、适用广泛的固定卷扬式启闭机。
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1、电动机 2、定滑轮组 3、卷筒组 4、机架 5、减速器 6、开式齿轮 7、负荷限制器 8、动滑轮组（启闭机下部）
图2.1 固定式卷扬启闭机
2.1.2 卷扬式启闭机的构成及工作原理
固定式卷扬启闭机一般由起升机构、卷扬机构、金属机架、动力传动部分和其他辅助设备等五部分组成。其中，起升机构包括动滑轮组、定滑轮组、钢丝绳等；卷扬机构包括卷筒、开式齿轮、排绳装置等；动力传动部分包括电动机、联轴器、制动器、减速器等部件；其他辅助设备包括负荷限制器、开度指示器、移轴装置等，如图2.1 所示[4]。
当需要起吊闸门时，电机接通电源，动力由电机经联轴器、制动器、减速器、开式齿轮驱动卷筒卷动，由缠绕在卷筒上的钢丝绳经过动、定滑轮组的倍率放大作用，使动滑轮上升，从而吊起闸门。当闸门提升到一定高度时，开度指示器发出信号，使制动器制动，关闭电机，完成启闭闸门的过程。
2.1.3 启闭机总体方案比较与确定
2.1.3.1 卷扬式启闭机的整机布置
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固定式卷扬启闭机的整机布置对整台设备的结构、性能、工作方式等都有重大影响，因此，确定整机的总体布置是启闭机设计的一项重要内容。确定启闭机整机布置时应考虑水电站厂房的具体结构和实际使用要求，以及产品的结构型式、制造成本、工作可靠性等因素。
双吊点固定式卷扬启闭机适用于闸门跨度大或一机双门的情况，在实际当中多采用双机架或三机的架型式，图2.2和图2.3 为双吊点启闭机机构布置示意图。由于这种启闭机需采用专门的机构保持双吊点同步，而且动力传递路线一般都比较长，致使其整机尺寸庞大、自身重量大、需要解决机架刚度或各部件之间安装精度的问题；其驱动方式多采用单电机集中驱动，也有采用多台同步电机分别驱动的情况，如图2.4 所示。对于集中驱动的双吊点启闭机，可通过机械同步轴保证吊点的同步。故本课题选择双机架分别驱动双吊点式卷扬式启闭机进行设计和分析。
图2.2 双机架单边集中驱动的双吊点卷扬式启闭机
图2.3 三机架集中驱动双吊点卷扬式启闭机
图2.4 双机架分别驱动双吊点式卷扬式启闭机
2.1.3.2 卷扬式启闭机动力传动方式的确定
对于固定卷扬式启闭机所采用的动力传递方式一般为：
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方式一：电机——联轴器——制动器——齿轮减速器——卷筒，如图2.5 所示。
方式二：电机——联轴器——制动器——齿轮减速器——开式齿轮——卷筒，如图2.6所示。
一般情况下，当启闭机不需要很大的传动比时可采用第一种传动方式，即不采用开式齿轮，而是将卷筒的中心轴直接连接在减速器的输出轴上。这种形式结构紧凑、效率较高，但减速器输出轴的受力状况不好；当启闭机需要较大的传动比时，为了获得比较大的传动比往往采用第二种传动方式，即在减速器与卷筒之间增加一级开式齿轮。这种形式不仅改善了减速器的受力状况、便于安装和维修，而且也便于整机布置。因此，本次设计采用了第二种动力传递方式。
图2.5 单吊点无开式齿轮的卷扬式启闭机图 2.6 单吊点有开式齿轮 的卷扬式启闭机
2.2 启闭机三维建模
2.2.1 三维建模软件Soliworks介绍
Solidworks是由美国SolidWorks公司开发的三维机械CAD软件，问世于1995年。因其强大的功能、易用性和创新性，在于同类软件的竞争中逐步确立了市场地位。SolidWorks提供了强大的基于特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸特 征、旋转特征、薄壁特征、抽壳、特征阵列以及打孔等操作实现产品的设计，方 便地添加特征、更改特征以及将特征重新排列，对特征和草图进行动态修改， 并通过拖拽等方式实现实时设计修改。
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