試析動(dòng)態(tài)扭矩儀在水處理控制閥扭矩實(shí)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(dòng)態(tài)扭矩儀是一種以動(dòng)態(tài)扭矩傳感器為核心，用于端面密封水處理的扭矩動(dòng)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(shí)加強(qiáng)對(duì)水處理控制閥的動(dòng)態(tài)扭矩儀的應(yīng)用要點(diǎn)梳理，以更好地促進(jìn)其應(yīng)用成效的提升。

1.水處理控制閥動(dòng)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(duì)每個(gè)撥叉進(jìn)行逐一調(diào)整，才能達(dá)到動(dòng)片旋轉(zhuǎn)扭矩，整個(gè)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(shí)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀的梳理，才能針對(duì)性地在設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)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(dòng)態(tài)扭矩儀作為其核心的部件，功能主要是對(duì)水流動(dòng)方向進(jìn)行優(yōu)化后促進(jìn)特定功能的實(shí)現(xiàn)。目前的水處理控制閥已經(jīng)從傳統(tǒng)的手動(dòng)控制向自動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)，以及機(jī)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(dòng)態(tài)扭矩技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，在實(shí)際應(yīng)用中，主要是從可測量和可控制以及可自動(dòng)化3個(gè)方面發(fā)展。

2.水處理控制閥動(dòng)搖扭矩技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 采用端面密封技術(shù)實(shí)現(xiàn)水處理控制閥扭矩動(dòng)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(gè)平面進(jìn)行貼合后達(dá)到密封阻流的效果，所以其最大的優(yōu)勢就在于具有較強(qiáng)的密封性與阻流效果，使得多個(gè)不同的閥門可以在一個(gè)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(gè)平面度較高的定密封片，當(dāng)手柄（電機(jī)）將撥叉啟動(dòng)后，帶動(dòng)動(dòng)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(gè)旋轉(zhuǎn)過程中，為實(shí)現(xiàn)水處理控制閥扭矩動(dòng)態(tài)控制，需要對(duì)其受力情況進(jìn)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(huì)將動(dòng)密封圈帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并與定密封圈形成摩擦力，動(dòng)密封圈與定密封圈之間的摩擦力隨著水壓在動(dòng)密封片上作用的力而變化，同時(shí)還會(huì)受到定密封片和閥體密封橡膠回彈力的變化而變化，進(jìn)而形成撥叉旋轉(zhuǎn)扭矩，但是控制閥不同時(shí)，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(shí)現(xiàn)扭矩測控與自動(dòng)化控制的技術(shù)方案分析

在水處理控制閥運(yùn)行過程中，為確保動(dòng)態(tài)控制扭矩的效果得以實(shí)現(xiàn)，在掌握其閥體運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，還要緊密結(jié)合動(dòng)態(tài)扭矩儀測量與使用的要求，并在水處理控制閥的動(dòng)態(tài)扭矩控制中應(yīng)用，所以需要對(duì)扭矩的測控和自動(dòng)化控制的技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般而言，就是在水處理控制閥中裝配壓緊螺母時(shí)，首先需要進(jìn)行預(yù)緊且在這一環(huán)節(jié)中動(dòng)態(tài)測量云控制閥體撥叉旋轉(zhuǎn)扭矩，其次是采用全自動(dòng)的裝配設(shè)備而實(shí)現(xiàn)，在全自動(dòng)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(jī)，主要是用于帶動(dòng)閥體轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)而與撥叉花鍵連接，將閥體組件及其動(dòng)片帶動(dòng)；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(dòng)定片得以壓緊；而組件（4）主要是在進(jìn)行壓緊時(shí)，對(duì)旋轉(zhuǎn)撥叉電動(dòng)動(dòng)片形成的扭矩進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，一旦達(dá)到設(shè)定的扭矩時(shí)，就會(huì)及時(shí)地停止閥體旋轉(zhuǎn)組件，每個(gè)動(dòng)作也會(huì)相應(yīng)地復(fù)位。最后，在全自動(dòng)裝配裝置中借助PLC技術(shù)和光電尺、汽缸、伺服電機(jī)來提供自動(dòng)動(dòng)作信號(hào)與動(dòng)力。其中，伺服電機(jī)主要是待定工作盤旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還會(huì)帶動(dòng)閥體自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而汽缸則帶動(dòng)螺母詞性扳手下降，同時(shí)還會(huì)自動(dòng)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(dá)到自動(dòng)安裝螺母的目的。而伺服電機(jī)在快速旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)處于設(shè)定的位置之后，會(huì)下降扭矩檢測系統(tǒng)，并通過自身的旋轉(zhuǎn)功能，自動(dòng)地與閥體撥叉工件的對(duì)應(yīng)位置相配合，使得閥體拔插被帶動(dòng)并旋轉(zhuǎn)。再利用扭矩測試儀對(duì)測試的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，而采集的數(shù)據(jù)信息需要與人機(jī)界面中的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，從而控制伺服電機(jī)是否需要繼續(xù)運(yùn)行，亦或是根據(jù)設(shè)定速度來運(yùn)行，直到處于設(shè)定數(shù)值之后，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的安裝閥體[2]。

2.3 自動(dòng)控制中的控制系統(tǒng)運(yùn)行分析

一般而言，在水處理控制閥中，為實(shí)現(xiàn)扭矩得到動(dòng)態(tài)控制，尤其是為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)，而壓緊螺母的止退裝置主要是采用移動(dòng)的汽缸，并在上位設(shè)置觸摸顯示屏，從而便于對(duì)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(yùn)行中，其運(yùn)行要點(diǎn)如下，也是實(shí)現(xiàn)扭矩得以自動(dòng)化和動(dòng)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(duì)A和B兩個(gè)不同的工位進(jìn)行獨(dú)立控制。且每個(gè)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(gè)工位中均設(shè)置了一套雙控與復(fù)位開關(guān)。汽缸主要是控制壓緊螺母的止退裝置，伺服電機(jī)主要是用于閥體旋轉(zhuǎn)控制的組件，且能對(duì)旋緊時(shí)的位置與速度進(jìn)行有效的控制，而且在壓緊螺母和閥體旋緊時(shí)，能對(duì)撥叉扭矩利用測試組件對(duì)其扭矩進(jìn)行連續(xù)測試。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的扭矩之后，每個(gè)動(dòng)作就能及時(shí)地復(fù)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(shí)地復(fù)位。此外，當(dāng)發(fā)生異常之后，就能對(duì)輸入異常報(bào)警信息，比如移動(dòng)到最大限位時(shí)，以及扭矩大于上限時(shí)，均能及時(shí)地自動(dòng)急停。

由此可見，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)緊密結(jié)合產(chǎn)品裝配的特點(diǎn)來進(jìn)行相關(guān)流程的設(shè)計(jì)，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(qiáng)的通用性。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要確保撥叉在裝配之后不僅要能帶動(dòng)動(dòng)片旋轉(zhuǎn)，而且要實(shí)現(xiàn)其扭矩值的量化，同時(shí)具有較強(qiáng)的可控性，這樣在采用手動(dòng)的水處理控制閥時(shí)，不僅有著良好的旋轉(zhuǎn)手感，而且還要確保在自動(dòng)水處理控制閥電機(jī)負(fù)載得到有效的優(yōu)化，在設(shè)計(jì)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(jì)的視角，就如何實(shí)現(xiàn)水處理控制閥扭矩的動(dòng)態(tài)化、智能化控制提出了一種初步設(shè)計(jì)思路與方案。在實(shí)踐中，還要通過不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，以更好地抓住“十四五”時(shí)期的發(fā)展機(jī)遇并迎接挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。