机械自动控制阀门的设计及控制原理分析

1、    机械自动控制阀门的设计及控制原理分析    陈飞龙摘 要：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doi：10.16640/ki.37-1222/t.2019.16.008自动控制阀门可以对流动介质的流入流出量进行控制，使其满

2、足管道运输要求，满足机械生产需求。在阀门自动化控制研究中，出现了一种纯自动控制阀门，该阀门作用优势更加显著，甚至不需要传感设备或外部能量的帮助。其属于无源阀门，在阀门应用中，设计人员应基于阀门作用原理，研究阀门自动调节作用。如此才能设计出有益机械生产水平提升的阀门。本文主要针对机械自动控制阀门的设计及应用原理进行分析。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1。其阀门结构如图1

3、所示：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 机械自动化控制阀门的控制原理及控制单元设计2.1 控制原理弹簧推动阀芯，使进水口被堵塞、开启，从而完成阀门操控。而弹簧主要将土壤水分含量作为操作依据。弹簧的操作过程便是阀门自动控制过程，在控制单元

4、中，含有湿敏材料，该材料会直接探测土壤水分含量，含量不同，材料表现也不同，当水含量过多时，湿敏材料在吸水后，体积会变大，这会占用弹簧面积，对弹簧造成挤压，所以弹簧会作用于阀芯上，使其启动2。阀芯运行过程中会形成锥形面，该面在进出水口控制中发挥了重要作用。当进水口被堵塞后，阀门会自行关闭。缓冲弹簧可对阀门阀芯起到保护作用，使其不会受到膨胀湿敏材料的破坏。2.2 自动控制单元设计两种弹簧在阀门自动化控制中发挥了主要作用，所以要将其作为核心元件进行重点设计，使缓冲弹簧发挥缓冲保护和关闭阀门作用，使复位弹簧发挥开启作用。在自动控制单元具体设计中，需要完成以下两方面设计工作。其一，参数的设定。弹簧这种控

5、制元件有自己的性能参数，只有参数合格合理，弹簧才会发挥作用，使阀门实现自动控制。针对缓冲弹簧和复位弹簧，设计人员需要合理确定弹簧参数，使其满足控制作用需求3。在设计中，主要对弹簧的内外尺寸、弹簧丝直径及螺旋升角进行设计。弹簧在应用中，不仅会发生压缩拉伸，还会出现旋转，所以需要确定旋转角度，针对阀门自动化控制要求，还要确定弹簧的旋转方向。弹簧在发挥作用时，其本身会接收相关荷载，如果荷载过大，会对弹簧间距造成影响，设计人员还应设计极限荷载，使其不会影响弹簧圈间距。其二，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

6、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

7、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4。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。3 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：1徐战卫.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析j.世界有色金属，2018（15）：227-228.2张定三.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理探讨j.决策探索（中），2017（10）