3　偏心铰弧门设计

3.1　偏心参数选取

偏心参数是偏心铰弧门设计的重要参数，主要包括偏心半径、偏转角度和偏心位置。信心参数的选取主要是在保证弧门所需径向偏移量的前提下，减小副机的容量和行程，并使弧面脱开主止水的间隙尽量均匀。弧门径向偏移量由主止水的最大压缩量和弧面与主止水脱开后的间隙组成。主止水的最大压缩量由水压力、温差引起的结构压缩变形量和制造安装误差决定，经综合考虑主止水的最大压缩量取25mm，弧面与主止水的间隙在考虑避免闸门振动和气蚀及已建工程经验后取为25mm，则径向位移量为50mm。

在弧门径向位移量一定的条件下，偏心半径的大小直接影响副机的启闭容量，启闭容量随偏心半径的增大而成线性上升；偏转角度直接影响副机的行程和闸门前移过程中主止水压缩量的均匀程度，偏转角度大则副机的行程大、主止水的压缩量不均匀。经综合比较，最后确定偏心半径为50mm，偏转角度取60°。偏心位置取最大位移方向与总水压力作用线的方向一致。

3.2　主止水及辅助止水

偏心铰弧门的主止水一般采用山型橡皮，布置在封闭的框型门槽埋件上，主止水材质选用压紧力小，耐切磋的LD-9橡皮，主止水座的材质为ZG270-500，河口村水库1号泄洪洞偏心铰弧门孔口高度为7.2m，两侧止水座径向长度为8.16m需要一次铸造加工成型，尤其是胸墙、底坎与两侧止水座的连接部位，需要严格按照径向加工，保证其平顺过度，否则会形成14mm的台阶，影响止水压缩量达不到止水效果。

辅助止水由门楣转铰止水和两侧预压止水组成。门楣转铰止水一般靠库水压力及弹簧板的作用转动止水元件，使之与面板压紧，但闸门经多次运行后，弹簧钢板容易出现断裂，因此本次设计采用专利产品“偏心铰弧形闸门转铰顶部止水装置”[3]，即依靠弹簧代替弹簧钢板的作用。为防止转铰处的水压力作用在止水上，使止水压缩变形变大，转铰处常常设有支承轮，但由于偏心铰弧门要满足压紧和后退状态过程中的挡水，转动角度较大，使止水元件与支承轮的转动力臂不同，两者不可能在转动过程中同时与弧门面板紧贴，因此要求止水元件具备止水及支承双重功能。改性聚乙烯材料承载力大，摩擦系数小，又具有一定的弹性，因此选用改性聚乙烯作为止水元件。为保证闸门任意开度运行时能防止两侧狭缝射流，偏心铰弧门的两侧采用预压式辅助止水，止水形式为方头P形，预压缩量为3mm。

3.3　支铰设计

偏心铰弧门是利用偏心轴的偏心原理，通过副机推动拐臂，带动偏心轴旋转，使弧门产生径向移动，因此不只在铰链与铰轴之间需要设置轴承，在固定铰与铰轴之间亦需要设置轴承，轴承须具有重载荷、低磨阻及体型小的特点。由于闸门使用频率低，轴承转速亦低，因此按静载负荷选择轴承，为减小启闭主机及副机的启闭容量及支铰的布置要求，轴承均选进口SKF双列调心滚子轴承。

偏心轴端部与联轴器通过花键轴连接成一体，偏心轴除承担水压力外，还承担拐臂传递的巨大扭矩，为此要求偏心轴材料具有优良的机械性能，该部件材料选为34CrNi3Mo。

偏心铰弧门设计、制造、安装的关键是O、G、K3点的位置关系，铰座及埋件的铰心为O，铰链及门体的铰心为G，且闸门密封状态下偏心轴大轴的最大偏心位置与铰座中心线的位置关系为120°，与拐臂中线的位置关系为119°4'。

3.4　门体结构设计

门叶结构包括门叶和支臂两部分，材料均为Q345B。弧门的弧面半径为12.0m。由于弧门面板与主止水间存在切磋力，影响止水的使用寿命，因此面板迎水面要求精加工，弧面半径公差控制为±1mm。门叶结构按主纵梁布置并进行内力分析。门叶结构设计除要满足强度、刚度及稳定的要求外，还要满足制造、运输及维护等方面的要求，强度和刚度在进行静力分析的基础上，根据以往工程经验，在主要结构设计中适当考虑动力影响。

为满足运输单元的要求，门叶部分分为左右两部分，中间用高强螺栓连接、铰制孔螺栓定位。结构焊后要求进行消应力热处理。支臂的分节以上下支对称分开，中间用高强螺栓连接。