純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的設(shè)計(jì)及控制原理分析

徐戰(zhàn)衛(wèi)

（黑龍江省大慶石油化工機(jī)械廠有限公司，黑龍江 大慶 163000）

目前對(duì)自動(dòng)閥門的研究大多數(shù)是有源控制，事實(shí)上無源控制的能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，是一種純機(jī)械自動(dòng)控制的閥門，它的應(yīng)用和操作靈活、簡單且方便，所以，加大對(duì)純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的研究具有重要意義，基于此，本文對(duì)純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的設(shè)計(jì)及控制原理進(jìn)行主要分析。

1 自動(dòng)控制閥門的簡單概述

自動(dòng)控制閥門簡單來說就是不需要人進(jìn)行控制，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的控制，包括流體的量和流體的方向等，對(duì)自動(dòng)控制閥門進(jìn)行分析，需要了解它的特點(diǎn)，主要包括：自動(dòng)控制操作簡單，靈活方便并且便于使用；使用周期長，不易被損壞，在一定程度上降低企業(yè)對(duì)機(jī)械的投入成本，自動(dòng)化的機(jī)械控制是一種先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，采用了先進(jìn)的技術(shù)。自動(dòng)控制閥門對(duì)有需要的大企業(yè)來說是非常值得應(yīng)用的，目前對(duì)它的普遍應(yīng)用主要是微電子路，對(duì)于這一技術(shù)來說投入成本較多，所以一些小的企業(yè)如果資金較少還是不建議使用的，關(guān)于自動(dòng)控制閥門的設(shè)計(jì)目前還是比較廣泛的，并且對(duì)它的應(yīng)用也各不相同，但是純機(jī)械自動(dòng)閥門生產(chǎn)成本較低，并且應(yīng)用效率高，是一種實(shí)用的裝置。通過對(duì)純機(jī)械自動(dòng)閥門的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)水量的控制，原理就是土壤中的水分達(dá)到預(yù)定值，此時(shí)水分會(huì)進(jìn)入閥門，閥門因?yàn)樗值倪M(jìn)入會(huì)凝膠膨脹，下壓活塞之后實(shí)現(xiàn)對(duì)水管截面積的減小，然后一段時(shí)間之后土壤中的水分會(huì)小于預(yù)定值，閥門中的水分會(huì)重新釋放到土壤中，閥門內(nèi)壓力減小，活塞上移，水流量變大，這就是閥門的自動(dòng)控制。

2 純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的零件設(shè)計(jì)

2.1 閥門的設(shè)計(jì)

首先介紹一種用于控制生產(chǎn)用水的純機(jī)械自動(dòng)控制閥門，該種設(shè)計(jì)的出水時(shí)間是5分鐘，5分鐘之后閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)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(shè)置一個(gè)細(xì)長管形連通器，同時(shí)，在空腔中有一個(gè)固定關(guān)閉閥門的細(xì)長方形槽，下端有一個(gè)連接閥門和計(jì)時(shí)裝置的圓柱形孔，每一個(gè)裝置都有獨(dú)特的作用，并且在閥門的安裝中缺一不可。

2.2 閥門和時(shí)間控制裝置

閥門是由五個(gè)部分組成的，這五個(gè)部分是通過焊接連在一起，其中有兩個(gè)方桿為寬方桿和細(xì)方桿，寬方桿和細(xì)方桿的作用是卡住計(jì)時(shí)時(shí)用的銷，另外幾個(gè)組成部分是手柄、閥門、細(xì)桿，其中細(xì)桿、寬方桿和細(xì)方桿都起到鏈接的作用。

2.3 工作原理

當(dāng)裝置是在計(jì)時(shí)將要開始的情況下，這是會(huì)有一根彈簧用于折板和折現(xiàn)之間進(jìn)行固定壓縮的，從而使閘門被折現(xiàn)銷控制住，然后如果需要進(jìn)行放水。在半圓環(huán)到達(dá)最高的時(shí)候，管體會(huì)被閘門下方的粗長方體桿頂住，這時(shí)壓縮彈簧會(huì)對(duì)折線形銷進(jìn)行加壓，這時(shí)折線形銷會(huì)進(jìn)入到粗細(xì)長方形桿之間的臺(tái)階型槽內(nèi)，然后計(jì)時(shí)就可以正式開始，計(jì)時(shí)開始的標(biāo)志是會(huì)出現(xiàn)一聲響，然后閘門被卡住并且保證不會(huì)掉落，閥門被關(guān)閉，計(jì)時(shí)也就正式開始了。

計(jì)時(shí)開始之后水流的速度還是比較快的，水管前段也會(huì)被水快速填滿，這時(shí)候可以水對(duì)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(jì)時(shí)更加準(zhǔn)確，可以設(shè)置3個(gè)變量，保證計(jì)時(shí)器到細(xì)管后端的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為5分鐘，當(dāng)計(jì)時(shí)器達(dá)到最后端時(shí)，高磁性磁鐵在壓力之下發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)計(jì)時(shí)停止，閘門被釋放，放水也在此時(shí)結(jié)束。細(xì)管中的水也會(huì)被慢慢排出，計(jì)時(shí)器回到原來的位置，方便下一次的計(jì)時(shí)。

3 純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的控制原理和控制單元設(shè)計(jì)

3.1 純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的控制原理分析

對(duì)純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的控制原理進(jìn)行分析有利于了解閥門的操作，對(duì)閥門的應(yīng)用和設(shè)計(jì)都具有重要意義。純機(jī)械自動(dòng)控制閥門中的自動(dòng)控制元件材料有一種叫濕敏材料，濕敏材料對(duì)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(shí)濕敏材料會(huì)吸收土壤中的水分，產(chǎn)生膨脹，進(jìn)而對(duì)彈簧的緩沖形成一種壓力，這時(shí)緩沖彈簧會(huì)使復(fù)位彈簧發(fā)生移動(dòng)，閥芯也會(huì)因此發(fā)生運(yùn)動(dòng)，閥芯在運(yùn)動(dòng)的過程中錐形面會(huì)把進(jìn)水口封住，從而使閥門關(guān)閉，放水結(jié)束，灌溉也在此時(shí)停止。濕敏材料在吸收水分之后會(huì)變得比較膨脹，對(duì)膨脹量的大小要注意控制，因?yàn)槿绻麧衩舨牧系呐蛎浟窟^大會(huì)對(duì)閥芯造成損壞，當(dāng)閥芯承受的壓力較大時(shí)，緩沖彈簧會(huì)對(duì)壓力進(jìn)行一定程度上的緩沖，減小閥芯的壓力，保護(hù)閥芯不受損壞。

3.2 控制單元設(shè)計(jì)分析

通過上述分析可以知道緩沖彈簧可以保護(hù)閥芯，使閥芯受到的壓力減到最小，而復(fù)位彈簧主要是開啟閥門，接下來本文主要對(duì)彈簧的相關(guān)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

3.2.1 彈簧參數(shù)設(shè)定

緩沖彈簧和復(fù)位彈簧的參數(shù)選擇都是一樣的，參數(shù)設(shè)定的范圍包括彈簧的內(nèi)徑、外徑、中徑還有節(jié)間距等，一般彈簧的旋轉(zhuǎn)方向是向右旋轉(zhuǎn)，當(dāng)彈簧沒有受到外界壓力時(shí)，彈簧圈之間的間距是一定的，當(dāng)彈簧受到壓力時(shí)會(huì)發(fā)生變形，但是，在彈簧的設(shè)計(jì)過程中一定要注意它的荷載程度，在極限荷載的情況下彈簧間間距的范圍。

3.2.2 設(shè)計(jì)方法

彈簧的設(shè)計(jì)，一方面彈簧的設(shè)計(jì)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(qiáng)度。

（1）彈簧剛度計(jì)算。彈簧的剛度主要是針對(duì)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(yīng)該具備的最大程度的變形量，從而確定最終彈簧的參數(shù)，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(shù)彈簧的剛度會(huì)變小，如果減少彈簧的圈數(shù)，彈簧的剛度會(huì)變大。

（2）彈簧穩(wěn)定性計(jì)算。彈簧不穩(wěn)定的表現(xiàn)就是出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，一般影響彈簧穩(wěn)定性大小的是彈簧的圈數(shù)，如果彈簧的圈數(shù)過多，那么彈簧在承受的壓力較大時(shí)容易出現(xiàn)側(cè)向彎曲，如果彈簧兩端都在固定的情況下，彈簧的長細(xì)比值應(yīng)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(xì)比值應(yīng)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(xì)比值應(yīng)該在3.7以下，控制好彈簧的長細(xì)比值對(duì)彈簧的穩(wěn)定性具有重要作用。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)純機(jī)械自動(dòng)閥門的研究具有重要意義，本文主要從自動(dòng)閥門的概念入手，逐步對(duì)純機(jī)械自動(dòng)化閥門的零件設(shè)計(jì)以及控制原理進(jìn)行深入研究，希望可以為純機(jī)械自動(dòng)閥門的應(yīng)用提供參考。