談純機械自動控制閥門的設計及控制原理

袁文鋒

摘 要：目前對自動閥門的研究大多數是有源控制，事實上無源控制的能夠進行自動調節(jié)，是一種純機械自動控制的閥門，它的應用和操作靈活、簡單且方便，所以，加大對純機械自動控制閥門的研究具有重要意義，基于此，本文對純機械自動控制閥門的設計及控制原理進行了分析。

關鍵詞：純機械自動控制；閥門；設計；控制原理

閥門是流體系統(tǒng)中的重要組成部門，閥門的應用能夠對流體流動的流量、方向以及壓力等進行控制。就目前來看，對純機械自動控制閥門的相關研究較少，市場上成熟的純機械自動控制閥門也相對較少，而純機械自動控制閥門有著使用方便、自動化程度高、成本低等優(yōu)點。

1.自動控制閥門的概述

目前，我國常見的機械設備加工中對于自動控制閥門的應用較為廣泛，其能夠在機械加工中起著非常重要的控制作用。因為在機械設備加工過程中對于一些流體速度的控制非常重要，而通過自動閥門進行控制，能夠有效地對加工過程中的流速及壓力進行很好的調節(jié)分析，進一步使我國機械加工技術得到有效的提升，從而增強機械加工的穩(wěn)定性。機械構建中自動控制閥門屬于一種能夠自我進行調節(jié)的重要零件，通過將大型機械設備中的流體進行相應靈活的導流、節(jié)流、分流等控制，從而使機械加工中的液體得到很好的控制使用，從而增加機械加工的整體效率。例如，在現代的機械加工過程中水蒸氣、天然氣、液體的各種金屬等資源是加工中不可缺少的一部分。根據我國現階段廣泛應用的閥門形式能夠大致分為以下 3 種：截斷性閥門、真空類閥門以及特殊類閥門。其中，將截斷類閥門應用于機械生產中進行控制接通與斷開。真空類閥門則主要廣泛應用在液體控制加工中。對于特殊閥門主要應用于較為特殊的環(huán)境中，其中包括了例如單閥門控制下的雙向管道以及污水處理等各種特殊環(huán)境，這是目前機械加工中一種綜合控制能力較強的控制系統(tǒng)形式。通過對于上述機械自動控制閥門應用過程中的一些具體研究，為了能夠使今后閥門加工控制技術更加完善，從而推動我國機械加工技術的不斷進步與發(fā)展。

2.純機械自動控制閥門的設計分析

本文主要是建立在 Irrist at 閥門的基礎之上，其設計原理就是土壤水分張力。Irrist at 閥門的自動控制。實質上就是運用水分平衡原理來實施，運用真空壓力表的讀書，張力計可以實時化監(jiān)測土壤的水分情況，監(jiān)測結果來達到對于閥門的自動化控制。在整個控制階段之中，張力計就是一個土壤溫度的傳感器，Irrist at 閥門利用的是內部凝膠吸水膨脹和失水收縮來進行土壤水分情況的判斷，從而針對閥門實施水流量的自動化控制，進而實現灌溉的自動化，其并不需要傳感器與計算機，其隸屬于無源自動控制閥門，利用純機械來進行閥門的自動化控制。本文提出的純機械自動控制閥門結構設計如圖 1 所示：

閥門結構，主要涵蓋兩個出水口、進水口、兩個彈簧（一個緩沖彈簧即彈簧，一個復位彈簧即彈簧以及控制元件構建而成，運用彈簧可以促進閥芯的移動，在閥芯錐形面將進水口封堵，相應的閥門就予以關閉，停止灌溉，利用閥門 2 可以促進閥芯進行反方向移動，封住進水口的閥芯錐形面會慢慢后退，從而達到閥門入水口的逐漸開啟，恢復灌溉。

3.純機械自動控制閥門的控制原理

3.1 純機械自動控制閥門的控制原理分析

對純機械自動控制閥門的控制原理進行分析有利于了解閥門的操作，對閥門的應用和設計都具有重要意義。純機械自動控制閥門中的自動控制元件材料有一種叫濕敏材料，濕敏材料對水是比較敏感的，也就是如果土壤中的含水量特別大，水分還在增多的過程中，此時濕敏材料會吸收土壤中的水分，產生膨脹，進而對彈簧的緩沖形成一種壓力，這時緩沖彈簧會使復位彈簧發(fā)生移動，閥芯也會因此發(fā)生運動，閥芯在運動的過程中錐形面會把進水口封住，從而使閥門關閉，放水結束，灌溉也在此時停止。

3.2 自動控制單元設計分析

通過上文中的分析可知，緩沖彈簧主要起到對閥芯的緩沖保護作用，復位彈簧主要起到開啟閥門的作用，閥門自動化控制的核心為彈簧，下面對兩種彈簧的參數設定和設計方法進行分析：彈簧參數設定兩種彈簧采用相同的參數，主要包括彈簧的內徑、外徑、中徑、節(jié)間距、螺旋升角以及彈簧絲的直徑。對于彈簧的旋轉方向來說，如果沒有特殊要求，一般選擇右側旋轉。彈簧在不受壓力的情況下，彈簧圈之間的間距應當為一定值，在受到壓力的時候，彈簧會發(fā)生收縮變形。在設計的過程中應當考慮極限荷載的情況，應當保證彈簧圈之間在極限荷載作用下一定的間距。

3.3 設計方法

彈簧的設計，一方面彈簧的設計要保證能和閥門的正常使用相契合，另一方面彈簧本身也要具有一定的穩(wěn)定性和強度。①彈簧剛度計算。彈簧的剛度主要是針對彈簧的變形量來確定的，即閥門在正常工作的過程中彈簧應該具備的最大程度的變形量，從而確定最終彈簧的參數，一般來說，如果制造彈簧的材料相同，并且彈簧的直徑大小也相同，如果增加彈簧的圈數彈簧的剛度會變小，如果減少彈簧的圈數，彈簧的剛度會變大。②彈簧穩(wěn)定性計算。彈簧不穩(wěn)定的表現就是出現彎曲的現象，一般影響彈簧穩(wěn)定性大小的是彈簧的圈數，如果彈簧的圈數過多，那么彈簧在承受的壓力較大時容易出現側向彎曲，如果彈簧兩端都在固定的情況下，彈簧的長細比值應該在5.3一下，如果彈簧兩端都在自由的狀態(tài)下，彈簧的長細比值應該小于2.6，如果彈簧一段固定，另外一端是在自由狀態(tài)下，那么彈簧的長細比值應該在3.7以下，控制好彈簧的長細比值對彈簧的穩(wěn)定性具有重要作用。

結語

總之，對純機械自動閥門的研究具有重要意義，本文主要從自動閥門的概念入手，逐步對純機械自動化閥門的零件設計以及控制原理進行深入研究，希望可以為純機械自動閥門的應用提供參考。

參考文獻

[1]趙小蘭，張雨涵.機械構建的自動控制閥門的論述[J].環(huán)球市場，2016（25）：91-91

[2]方世明.純機械自動控制閥門的設計及控制原理分析[J].建筑工程技術與設計，2015（13）