純機械自動控制閥門的設計及控制原理探討

龔戰

摘要：本文主要針對純機械自動控制閥門的設計問題與控制原理進行分析，重點闡明自動控制閥門零部件的構造原理、設計內容以及控制原理等內容，側面說明純機械自動化控制閥門的應用優勢，以期為相關人員提供一定的借鑒。

關鍵詞：純機械自動控制閥門;設計;控制原理

1自動控制閥門的相關簡介

自動控制閥門屬于一種具備自動化功能特點的閥門設施。在實際應用過程中，無需人為操控就可以滿足液體/氣體流出、流入量的控制管理要求[1]。根據實踐應用效果來看，自動控制閥門通常具備以下功能特點：（1）節約用水量、省時省力。安裝簡便、操作難度較低。（2）生產制造工藝流程簡單，涉及到的生產成本較低。（3）正式應用過程中，呈現出使用壽命較長、運行效率較高的特點。（4）結合自動化技術，實現無需人工操作就可以滿足正常運行要求。目前，市面上常見的自動控制閥門一般是利用微電子線路或者紅外感應技術等作為主要生產技術。但是上述技術涉及到的成本較高，對于一些投資較小的工廠而言，適用性與經濟性不高。針對于此，本文提出一種基于純機械自動運行方式的控制閥門，以期可以相關人員提供一定的借鑒。目前，常見的純機械自動控制閥門主要有手動閥門、氣動閥門、電動閥門三種。

1純機械自動控制閥門的設計

本文以Irristat閥門為基礎，以土壤水分張力為主要設計原理。Irristat閥門的自動控制主要是通過水分平衡原理來實現的，借助真空壓力表的讀數，張力計能夠對土壤水分情況進行監測，以監測結果為基礎來實現對閥門的自動化控制。在整個控制過程中，張力計相當于一個土壤溫度的傳感器，Irristat閥門通過內部凝膠吸水膨脹及失水收縮來判斷土壤中水分情況，從而通過閥門來實現對水流量的自動化控制，實現灌溉自動化，其不需要計算機和傳感器，屬于一種無源自動控制閥門，通過純機械來實現閥門的自動化控制。

2純機械自動控制閥門的零件設計

2.1閥門的設計

首先介紹一種用于控制生產用水的純機械自動控制閥門，該種設計的出水時間是5分鐘，5分鐘之后閥門會自動關閉，如果需要再次使用，則需要人為操作即可。管道的出水口處設置一個細長管形連通器，同時，在空腔中有一個固定關閉閥門的細長方形槽，下端有一個連接閥門和計時裝置的圓柱形孔，每一個裝置都有獨特的作用，并且在閥門的安裝中缺一不可。

2.2閥門和時間控制裝置

閥門是由五個部分組成的，這五個部分是通過焊接連在一起，其中有兩個方桿為寬方桿和細方桿，寬方桿和細方桿的作用是卡住計時時用的銷，另外幾個組成部分是手柄、閥門、細桿，其中細桿、寬方桿和細方桿都起到鏈接的作用。

2.3工作原理

當裝置是在計時將要開始的情況下，這是會有一根彈簧用于折板和折現之間進行固定壓縮的，從而使閘門被折現銷控制住，然后如果需要進行放水。在半圓環到達最高的時候，管體會被閘門下方的粗長方體桿頂住，這時壓縮彈簧會對折線形銷進行加壓，這時折線形銷會進入到粗細長方形桿之間的臺階型槽內，然后計時就可以正式開始，計時開始的標志是會出現一聲響，然后閘門被卡住并且保證不會掉落，閥門被關閉，計時也就正式開始了。

計時開始之后水流的速度還是比較快的，水管前段也會被水快速填滿，這時候可以水對管壁的壓力看做每一處都是相等的，而水管和連通器是連接在一起的。

為了使計時更加準確，可以設置3個變量，保證計時器到細管后端的運動時間為5分鐘，當計時器達到最后端時，高磁性磁鐵在壓力之下發生移動，此時計時停止，閘門被釋放，放水也在此時結束。細管中的水也會被慢慢排出，計時器回到原來的位置，方便下一次的計時。

3純機械自動控制閥門的控制原理分析

純機械自動控制閥門中的折板與折線形銷之間需要設置一根處于壓縮狀態的彈簧，目的在于使折線形銷頂住閘門。在進行計時放水期間，操作人員需要及時提起閘門上方的半圓環，確保可以第一時間拉動閘門進行放水作業。當水位抬到最高處時，閘門下端的粗長方體桿會及時頂住管體。究其原因，主要是折線形銷受到壓縮狀態的彈簧壓力影響，而往往會陷入粗細長方形桿內的臺階型槽內當中。此時，一旦聽到“鐺”的聲音，計時開始。操作人員應該根據純機械自動控制閥門的運行情況進行合理記錄，以期可以為后續運行管理工作提供參考數據。同時，介于水流速度較快，水管前端多處于充滿水的狀態。

有理由認為，在一定范圍內水對管壁壓力會始終保持恒定狀態。究其原因，主要是水管與連通器處于兩端相連的狀態，且兩個連通口面積均等。連通器在細管中處于水流靜止狀態。此時，計時器會受到浮力的影響，以及自身重力對管壁之間的摩擦力作用。當計時器上升到最后端時，計時器中的高磁性磁鐵會對折線形銷產生明顯的功能效果，不斷克服彈簧設施帶來的壓力而發生位移現象，進而釋放閘門、結束放水作業，即計時結束。根據時長分析純機械自動閥門的運行優勢，根據上文提出的設計方案以及控制原理，不難得知，純機械自動閥門在運行過程中有效規避了以往機械閥門運行效率不高的問題，應用能力較強。

4結語

綜上所述，本文以前人研究理論為基礎，設計了一種用于灌溉的純機械自動控制閥門，并探討了其具體的自動控制原理和設計方案，旨在為相關純機械自動控制閥門的設計和開發提供參考。本文的研究也存在著一定的不足之處，在未來的研究中，應當著重對延長閥門壽命方面進行研究，以此來進一步推進純機械自動控制閥門的應用和發展。從客觀角度上來說，該方案目前并未得到全面推廣與應用，且相關實踐驗證力度不足，尚有不成熟之處。希望通過本文的相關分析，廣大同行可以提出寶貴的意見，進一步改進與優化純機械自動控制閥門設計方案，盡早實現預期的運作目標。

參考文獻

[1]寇正.純機械自動控制閥門的設計及控制原理分析[J].內蒙古科技與經濟，2012，（15）：82-83.

[2]孫東升.基于機械構建的自動控制閥門研究[J].機電信息，2014，（12）：106-107.

[3]鄒旭東.機械構建的自動控制閥門探究[J].科技展望，2016，（12）：74.