谈纯机械自动控制阀门的设计及控制原理

袁文锋

摘 要：目前对自动阀门的研究大多数是有源控制，事实上无源控制的能够进行自动调节，是一种纯机械自动控制的阀门，它的应用和操作灵活、简单且方便，所以，加大对纯机械自动控制阀门的研究具有重要意义，基于此，本文对纯机械自动控制阀门的设计及控制原理进行了分析。

关键词：纯机械自动控制；阀门；设计；控制原理

阀门是流体系统中的重要组成部门，阀门的应用能够对流体流动的流量、方向以及压力等进行控制。就目前来看，对纯机械自动控制阀门的相关研究较少，市场上成熟的纯机械自动控制阀门也相对较少，而纯机械自动控制阀门有着使用方便、自动化程度高、成本低等优点。

1.自动控制阀门的概述

目前，我国常见的机械设备加工中对于自动控制阀门的应用较为广泛，其能够在机械加工中起着非常重要的控制作用。因为在机械设备加工过程中对于一些流体速度的控制非常重要，而通过自动阀门进行控制，能够有效地对加工过程中的流速及压力进行很好的调节分析，进一步使我国机械加工技术得到有效的提升，从而增强机械加工的稳定性。机械构建中自动控制阀门属于一种能够自我进行调节的重要零件，通过将大型机械设备中的流体进行相应灵活的导流、节流、分流等控制，从而使机械加工中的液体得到很好的控制使用，从而增加机械加工的整体效率。例如，在现代的机械加工过程中水蒸气、天然气、液体的各种金属等资源是加工中不可缺少的一部分。根据我国现阶段广泛应用的阀门形式能够大致分为以下 3 种：截断性阀门、真空类阀门以及特殊类阀门。其中，将截断类阀门应用于机械生产中进行控制接通与断开。真空类阀门则主要广泛应用在液体控制加工中。对于特殊阀门主要应用于较为特殊的环境中，其中包括了例如单阀门控制下的双向管道以及污水处理等各种特殊环境，这是目前机械加工中一种综合控制能力较强的控制系统形式。通过对于上述机械自动控制阀门应用过程中的一些具体研究，为了能够使今后阀门加工控制技术更加完善，从而推动我国机械加工技术的不断进步与发展。

2.纯机械自动控制阀门的设计分析

本文主要是建立在 Irrist at 阀门的基础之上，其设计原理就是土壤水分张力。Irrist at 阀门的自动控制。实质上就是运用水分平衡原理来实施，运用真空压力表的讀书，张力计可以实时化监测土壤的水分情况，监测结果来达到对于阀门的自动化控制。在整个控制阶段之中，张力计就是一个土壤温度的传感器，Irrist at 阀门利用的是内部凝胶吸水膨胀和失水收缩来进行土壤水分情况的判断，从而针对阀门实施水流量的自动化控制，进而实现灌溉的自动化，其并不需要传感器与计算机，其隶属于无源自动控制阀门，利用纯机械来进行阀门的自动化控制。本文提出的纯机械自动控制阀门结构设计如图 1 所示：

阀门结构，主要涵盖两个出水口、进水口、两个弹簧（一个缓冲弹簧即弹簧，一个复位弹簧即弹簧以及控制元件构建而成，运用弹簧可以促进阀芯的移动，在阀芯锥形面将进水口封堵，相应的阀门就予以关闭，停止灌溉，利用阀门 2 可以促进阀芯进行反方向移动，封住进水口的阀芯锥形面会慢慢后退，从而达到阀门入水口的逐渐开启，恢复灌溉。

3.纯机械自动控制阀门的控制原理

3.1 纯机械自动控制阀门的控制原理分析

对纯机械自动控制阀门的控制原理进行分析有利于了解阀门的操作，对阀门的应用和设计都具有重要意义。纯机械自动控制阀门中的自动控制元件材料有一种叫湿敏材料，湿敏材料对水是比较敏感的，也就是如果土壤中的含水量特别大，水分还在增多的过程中，此时湿敏材料会吸收土壤中的水分，产生膨胀，进而对弹簧的缓冲形成一种压力，这时缓冲弹簧会使复位弹簧发生移动，阀芯也会因此发生运动，阀芯在运动的过程中锥形面会把进水口封住，从而使阀门关闭，放水结束，灌溉也在此时停止。

3.2 自动控制单元设计分析

通过上文中的分析可知，缓冲弹簧主要起到对阀芯的缓冲保护作用，复位弹簧主要起到开启阀门的作用，阀门自动化控制的核心为弹簧，下面对两种弹簧的参数设定和设计方法进行分析：弹簧参数设定两种弹簧采用相同的参数，主要包括弹簧的内径、外径、中径、节间距、螺旋升角以及弹簧丝的直径。对于弹簧的旋转方向来说，如果没有特殊要求，一般选择右侧旋转。弹簧在不受压力的情况下，弹簧圈之间的间距应当为一定值，在受到压力的时候，弹簧会发生收缩变形。在设计的过程中应当考虑极限荷载的情况，应当保证弹簧圈之间在极限荷载作用下一定的间距。

3.3 设计方法

弹簧的设计，一方面弹簧的设计要保证能和阀门的正常使用相契合，另一方面弹簧本身也要具有一定的稳定性和强度。①弹簧刚度计算。弹簧的刚度主要是针对弹簧的变形量来确定的，即阀门在正常工作的过程中弹簧应该具备的最大程度的变形量，从而确定最终弹簧的参数，一般来说，如果制造弹簧的材料相同，并且弹簧的直径大小也相同，如果增加弹簧的圈数弹簧的刚度会变小，如果减少弹簧的圈数，弹簧的刚度会变大。②弹簧稳定性计算。弹簧不稳定的表现就是出现弯曲的现象，一般影响弹簧稳定性大小的是弹簧的圈数，如果弹簧的圈数过多，那么弹簧在承受的压力较大时容易出现侧向弯曲，如果弹簧两端都在固定的情况下，弹簧的长细比值应该在5.3一下，如果弹簧两端都在自由的状态下，弹簧的长细比值应该小于2.6，如果弹簧一段固定，另外一端是在自由状态下，那么弹簧的长细比值应该在3.7以下，控制好弹簧的长细比值对弹簧的稳定性具有重要作用。

结语

总之，对纯机械自动阀门的研究具有重要意义，本文主要从自动阀门的概念入手，逐步对纯机械自动化阀门的零件设计以及控制原理进行深入研究，希望可以为纯机械自动阀门的应用提供参考。

参考文献

[1]赵小兰，张雨涵.机械构建的自动控制阀门的论述[J].环球市场，2016（25）：91-91

[2]方世明.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析[J].建筑工程技术与设计，2015（13）