試析動態(tài)扭矩儀在水處理控制閥扭矩實現(xiàn)上的應(yīng)用

（浙江三方控制閥股份有限公司，浙江富陽 311400）

動態(tài)扭矩儀是一種以動態(tài)扭矩傳感器為核心，用于端面密封水處理的扭矩動態(tài)控制的儀器，在水處理控制閥的扭矩中已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。因此需要切實加強對水處理控制閥的動態(tài)扭矩儀的應(yīng)用要點梳理，以更好地促進其應(yīng)用成效的提升。

1.水處理控制閥動態(tài)扭矩技術(shù)現(xiàn)狀梳理

在傳統(tǒng)水處理控制閥扭矩控制過程中，主要是采取簡易螺旋母裝置，把螺母快速地旋轉(zhuǎn)一定位置之后，采用手工的方式對每個撥叉進行逐一調(diào)整，才能達到動片旋轉(zhuǎn)扭矩，整個過程主要是通過人工自身的主觀感覺來決定，不僅效率慢，而且扭矩難以固定和量化控制。因此，為徹底改變這一現(xiàn)狀，需要切實加強對現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀的梳理，才能針對性地在設(shè)計中進行改進和優(yōu)化[1]。

目前的水處理控制閥以多功能控制閥為主，而動態(tài)扭矩儀作為其核心的部件，功能主要是對水流動方向進行優(yōu)化后促進特定功能的實現(xiàn)。目前的水處理控制閥已經(jīng)從傳統(tǒng)的手動控制向自動控制發(fā)展，尤其是隨著近年來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的不斷提升，使得很多水處理控制閥已經(jīng)朝著物聯(lián)網(wǎng)控制的方向發(fā)展，不僅有智能反沖技術(shù)，而且還有防泄漏技術(shù)，使得水處理技術(shù)水平得到不斷地發(fā)展。但是在產(chǎn)品技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新過程中，不管是產(chǎn)品控制，還是動力系統(tǒng)，以及機械結(jié)構(gòu)，其前提是否是以穩(wěn)定性為前提。目前的水處理控制閥的動態(tài)扭矩技術(shù)已經(jīng)相對成熟，在實際應(yīng)用中，主要是從可測量和可控制以及可自動化3個方面發(fā)展。

2.水處理控制閥動搖扭矩技術(shù)實現(xiàn)中的應(yīng)用要點

2.1 采用端面密封技術(shù)實現(xiàn)水處理控制閥扭矩動態(tài)控制的原理分析

端面密封技術(shù)是在具有一定面積的高平面度上，將兩個平面進行貼合后達到密封阻流的效果，所以其最大的優(yōu)勢就在于具有較強的密封性與阻流效果，使得多個不同的閥門可以在一個閥體上緊密集中，并以平面圓周的方式布置。具體詳見圖1所示，在圖1中，閥體的內(nèi)徑是固定，水處理控制閥中設(shè)置一個平面度較高的定密封片，當手柄（電機）將撥叉啟動后，帶動動密封片（一般利用陶瓷制作，不僅平面度較高，而且硬度較高）和定密封片旋轉(zhuǎn)。在整個旋轉(zhuǎn)過程中，為實現(xiàn)水處理控制閥扭矩動態(tài)控制，需要對其受力情況進行分析。一般而言，在閥體撥叉在旋轉(zhuǎn)之后，后受到來自壓緊螺母密封圈的摩擦力，撥叉會將動密封圈帶動旋轉(zhuǎn)，并與定密封圈形成摩擦力，動密封圈與定密封圈之間的摩擦力隨著水壓在動密封片上作用的力而變化，同時還會受到定密封片和閥體密封橡膠回彈力的變化而變化，進而形成撥叉旋轉(zhuǎn)扭矩，但是控制閥不同時，其扭矩也不同，通常扭矩位于3到10N·m這一范圍之間。

圖1 某水處理控制閥閥體示意圖

2.2 如何實現(xiàn)扭矩測控與自動化控制的技術(shù)方案分析

在水處理控制閥運行過程中，為確保動態(tài)控制扭矩的效果得以實現(xiàn)，在掌握其閥體運行原理的基礎(chǔ)上，還要緊密結(jié)合動態(tài)扭矩儀測量與使用的要求，并在水處理控制閥的動態(tài)扭矩控制中應(yīng)用，所以需要對扭矩的測控和自動化控制的技術(shù)方案進行設(shè)計。一般而言，就是在水處理控制閥中裝配壓緊螺母時，首先需要進行預緊且在這一環(huán)節(jié)中動態(tài)測量云控制閥體撥叉旋轉(zhuǎn)扭矩，其次是采用全自動的裝配設(shè)備而實現(xiàn)，在全自動裝配設(shè)備中，主要包含的組件有：（1）壓緊螺母的止轉(zhuǎn)裝置；（2）閥體的旋轉(zhuǎn)組件；（3）測試扭矩的組件；（4）撥叉扳手組件。其中，組件（1）中包含了伺服電機，主要是用于帶動閥體轉(zhuǎn)動，及其相關(guān)組件與定片；而組件（2）中包含了彈簧和連接軸，通過連續(xù)轉(zhuǎn)動而與撥叉花鍵連接，將閥體組件及其動片帶動；組件（3）中包含了齒形扳手，用于固定壓緊螺母，并旋如閥體，確保動定片得以壓緊；而組件（4）主要是在進行壓緊時，對旋轉(zhuǎn)撥叉電動動片形成的扭矩進行動態(tài)測試，一旦達到設(shè)定的扭矩時，就會及時地停止閥體旋轉(zhuǎn)組件，每個動作也會相應(yīng)地復位。最后，在全自動裝配裝置中借助PLC技術(shù)和光電尺、汽缸、伺服電機來提供自動動作信號與動力。其中，伺服電機主要是待定工作盤旋轉(zhuǎn)的同時，還會帶動閥體自動旋轉(zhuǎn)，而汽缸則帶動螺母詞性扳手下降，同時還會自動地與旋轉(zhuǎn)的閥體螺母的相關(guān)位置相配合，確保螺母閥體旋轉(zhuǎn)而達到自動安裝螺母的目的。而伺服電機在快速旋轉(zhuǎn)過程中，當處于設(shè)定的位置之后，會下降扭矩檢測系統(tǒng)，并通過自身的旋轉(zhuǎn)功能，自動地與閥體撥叉工件的對應(yīng)位置相配合，使得閥體拔插被帶動并旋轉(zhuǎn)。再利用扭矩測試儀對測試的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行采集，而采集的數(shù)據(jù)信息需要與人機界面中的設(shè)定值進行對比，從而控制伺服電機是否需要繼續(xù)運行，亦或是根據(jù)設(shè)定速度來運行，直到處于設(shè)定數(shù)值之后，從而實現(xiàn)標準化的安裝閥體[2]。

2.3 自動控制中的控制系統(tǒng)運行分析

一般而言，在水處理控制閥中，為實現(xiàn)扭矩得到動態(tài)控制，尤其是為實現(xiàn)自動控制，在控制系統(tǒng)中往往需要采用PLC技術(shù)，其中，扭矩測試與閥體旋轉(zhuǎn)組件中主要是采用伺服電機，而壓緊螺母的止退裝置主要是采用移動的汽缸，并在上位設(shè)置觸摸顯示屏，從而便于對工作區(qū)域的監(jiān)控與操作。例如圖2是常見的雙工位控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)運行中，其運行要點如下，也是實現(xiàn)扭矩得以自動化和動態(tài)化控制的前提所在。

圖2 雙工位控制系統(tǒng)

從圖2可以看出，能對A和B兩個不同的工位進行獨立控制。且每個工位都能結(jié)合控制閥的扭矩要求來來設(shè)定，使得位置與速度具有可調(diào)性，每個工位中均設(shè)置了一套雙控與復位開關(guān)。汽缸主要是控制壓緊螺母的止退裝置，伺服電機主要是用于閥體旋轉(zhuǎn)控制的組件，且能對旋緊時的位置與速度進行有效的控制，而且在壓緊螺母和閥體旋緊時，能對撥叉扭矩利用測試組件對其扭矩進行連續(xù)測試。當達到設(shè)定的扭矩之后，每個動作就能及時地復位，比如扭矩測試組件、壓緊螺母止退組件、閥體旋轉(zhuǎn)組件均能及時地復位。此外，當發(fā)生異常之后，就能對輸入異常報警信息，比如移動到最大限位時，以及扭矩大于上限時，均能及時地自動急停。

由此可見，在實際應(yīng)用中，應(yīng)緊密結(jié)合產(chǎn)品裝配的特點來進行相關(guān)流程的設(shè)計，按照上述的方案，為了滿足不同類型閥體裝配的需要，只要采取更換螺母齒形扳手與撥叉齒形套即可，因此具有較強的通用性。但是在實際應(yīng)用時，需要確保撥叉在裝配之后不僅要能帶動動片旋轉(zhuǎn)，而且要實現(xiàn)其扭矩值的量化，同時具有較強的可控性，這樣在采用手動的水處理控制閥時，不僅有著良好的旋轉(zhuǎn)手感，而且還要確保在自動水處理控制閥電機負載得到有效的優(yōu)化，在設(shè)計中注重節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

3.結(jié)語

本文緊密結(jié)合水處理產(chǎn)業(yè)鏈未來的多元化發(fā)展需求，具有水處理控制閥設(shè)計的視角，就如何實現(xiàn)水處理控制閥扭矩的動態(tài)化、智能化控制提出了一種初步設(shè)計思路與方案。在實踐中，還要通過不斷的改進和優(yōu)化，以更好地抓住“十四五”時期的發(fā)展機遇并迎接挑戰(zhàn)，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。