浙江省嘉兴市海盐县天仙河自来水经营有限公司 浙江省嘉兴市 314300
摘要：在科学技术水平显著提升的背景下，社会发展中对于新型技术的应用也在不断加大。尤其是一些新型的加工技术，在社会经济的发展中起着非常重要的作用。阀门在管道系统或相关设备中应用较为广泛，其在导流、节流、分流及控制方面占据优势，这种控制阀门类型有多种，在阀门发展研究中，设计人员将先进的控制技术及控制理念应用其中，使阀门自动化控制力度更强，这种自动控制阀门最终会代替有源控制阀门，针对这种阀门设计，设计人员需要了解自动控制阀门内涵和作用原理，然后结合控制原理，保证设计质量。
关键词：机械自动控制阀门；设计；控制原理
引言
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主要分析。
1纯机械自动控制阀门概述
从本质上来讲，纯机械自动控制阀门就是一种不需要外部能量供应就可以实现自动控制调节的阀门，即无源控制阀门，纯机械控制阀门的研究始于上世纪八十年代，L.Ornstein 教授设计了一种名为 Irris-tat 的阀门，这种阀门就属于一种纯机械自动控制阀门，其在农业节水灌溉中的应用较为广泛。当土壤中的水分含量达到预定值的时候，水分会进入到阀门，使得阀门内部凝胶膨胀，下压活塞，减小水管的截面积，从而实现对用水量的控制。而当土壤中水分含量低于预定值的时候，法门中的水分会回到土壤中，活塞失去下压力上移，水流量增大，从而实现对水流量的自动控制。
2机械自动控制阀门的零件设计
2.1机械自动化控制阀门的设计
机械自动化控制阀门可以应用在农业灌溉区域，以 Irristat 阀门为基础，设计相关的纯机械自动化控制阀门，还需要掌握阀门控制作用原理。在设计中，农业中的土壤水分张力变化情况会成为阀门调节控制的判断依据。水分平衡可以使阀门实现自动化控制。在阀门控制结构中，控制单元属于核心部分，其需要作用于缓冲弹簧和复位弹簧，来实现阀门开启关闭控制。进出水口则是控制单元控制作用的表现点。在正式运行中，如果土壤水分过少，控制单元需要下达指令，使复位弹簧迅速复位，推动阀芯，使其远离进水口，保证阀门的入水情况，使土壤灌溉要求得到满足。如果土壤水分过多，缓冲弹簧会接收相关指令，正式启动，推动阀芯，使进水口与阀芯重叠在一起，如此管道中的水便不能流出口。
2.2阀门和时间控制装置
阀门是由五个部分组成的，这五个部分是通过焊接连在一起，其中有两个方杆为宽方杆和细方杆，宽方杆和细方杆的作用是卡住计时时用的销，另外几个组成部分是手柄、阀门、细杆，其中细杆、宽方杆和细方杆都起到链接的作用。
3机械自动化控制阀门的控制原理及控制单元设计
3.1机械自动控制阀门的控制原理分析
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆湿敏材料在吸收水分之后会变得比较膨胀，对膨胀量的大小要注意控制，因为如果湿敏材料的膨胀量过大会对阀芯造成损坏，当阀芯承受的压力较大时，缓冲弹簧会对压力进行一定程度上的缓冲，减小阀芯的压力，保护阀芯不受损坏。
3.2自动控制单元设计分析
3.2.1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。
3.2.2设计方法
在阀门自动化控制设计中，若要保证阀门一直有效，则需要使控制单元中的弹簧一直处于安全可靠状态。弹簧的稳定性主要体现在弹簧参数上，设计人员需要控制弹簧参数，需要使弹簧更加稳定，如此弹簧才能满足阀门需求。在可靠性设计中，应对弹簧的性能参数进行设计，使相关的刚度和强度等得到保证，如此其在承受荷载时才不会出现失效问题。在性能参数设计中，设计人员应确定其计算方法和设计方法。在弹簧刚度设计中，需要对刚度参数进行计算。在计算前，应创建稳定条件，如使弹簧材料及弹簧丝保持不变，对弹簧刚度进行研究，发现该参数与弹簧圈数有直接关系，两者呈反相关关系。在实际应用中，设计人员应根据阀门自动控制要求，确定弹簧的变形量，该参数会决定弹簧圈数，如此弹簧刚度也可以被计算出来。弹簧变形量需要满足阀门自动控制要求，而弹簧刚度则要满足变形量要求。在弹簧强度计算中，需要确定弹簧丝的生角，需要使其正弦值和余弦值接近零和一。根据这些参数，可计算出弹簧的截面应力。该应力近似值计算中，需要涉及到剪应力、弹簧丝直径、弹簧中径等，弹簧中径需要与弹簧丝作比值，该比值参数大小直接关系到弹簧的稳定可靠性，设计人员还要控制该比值，使其不会影响弹簧丝卷绕过程。在弹簧稳定性计算中，需要通过控制该参数来调控侧向弯曲情况。当弹簧稳定性得到保证后，即使弹簧所受压力很大，其也不会影响弹簧使用效果。
4阀门设计要点的着重探索
机械自动化趋势的不断发展，自动控制阀门在其中起着非常重要的作用，为了能够使自动控制阀门自身的作用得到很好的发挥，必须要在自动控制化控制系统中很好地进行设计,不断地做好相关自动化技术的应用技术控制，其中对于自动控制阀门中相关弹簧、缓冲弹簧等的设计，结合自动控制阀门的应用位置，进行弹簧自身相关数据结果的设计，从而满足使用中的各种要求。例如，将阀门设计为左侧关闭，右侧打开，这时当自动控制阀门实际进行使用时，能够及时地将各种资源进行合理的分配，从而更好地实现自动化控制，达到资源的合理化分配。此外，为了能够保证自动控制阀门中弹簧的稳定性，保证实际应用中阀门的正常作业发挥，需要在设计时进行有效的保障。弹簧的自身载荷水平与强度存在一定的关联性，在实际的应用中设计的结构满足相关的自动控制设计，才能够控制阀门中弹簧的稳定性。对于现阶段自动控制阀门的应用，因为机械构建技术的不断发展，必须要进行相关技术的优化，从而将机械构建中自动控制阀门的自身作用很好地发挥出来，满足现代机械加工中的各项要求。
结语
机械自动化控制阀门作用优势主要来自控制单元，设计人员要重点设计该单元，使其自动调节能力和控制能力得到保证。自动控制单元应能及时探索到作用对象的运行情况，及时根据其运行需求，作出有效调控，使作用对象处于正常运行状态。该种阀门可作用于不同的领域，设计人员还要结合不同行业作用需求，设计合理的自动控制阀门和控制单元。
参考文献
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[3]寇正 . 纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析 [J]. 内蒙古科技与经济 ,2016(15).
论文作者:仇吕佳
论文发表刊物:《建筑实践》2019年10期
论文发表时间:2019/9/2
标签：阀门论文; 弹簧论文; 自动控制论文; 机械论文; 作用论文; 水分论文; 土壤论文; 《建筑实践》2019年10期论文;