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

徐書(shū)茂

摘要：采用自動(dòng)控制閥門來(lái)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)所需要的流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行流出與流入量、流體壓力、流體方向等內(nèi)容的有效管控，采用自動(dòng)控制閥門的方法同時(shí)達(dá)到機(jī)械生產(chǎn)與管理運(yùn)輸?shù)碾p重要求。而市場(chǎng)上最新出現(xiàn)的純機(jī)械自動(dòng)控制閥門，有效實(shí)現(xiàn)脫離傳統(tǒng)閥門需要借助外部能量、傳感裝置、人工來(lái)完成閥門控制的局限性，通過(guò)全程自動(dòng)化控制閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)介質(zhì)量的管控。本文首先對(duì)自動(dòng)控制閥門的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹，分析自動(dòng)控制閥門設(shè)計(jì)原理，最后對(duì)純機(jī)械自動(dòng)控制閥門單元設(shè)計(jì)進(jìn)行彈簧參數(shù)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)方法的分析。

關(guān)鍵詞：純機(jī)械;控制原理;自動(dòng)控制閥門;

引言：現(xiàn)階段，自動(dòng)控制閥門的技術(shù)還需要借助有源控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)作，并且需要人工來(lái)輔助自動(dòng)控制閥門的部分流程。而純機(jī)械自動(dòng)控制閥門通過(guò)全程自動(dòng)化控制閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)流動(dòng)介質(zhì)量的控制，并且由于純機(jī)械自動(dòng)控制閥門本身操作簡(jiǎn)單、節(jié)能效果好等優(yōu)勢(shì)，讓其在我國(guó)許多領(lǐng)域的企業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的適用。

一、自動(dòng)控制閥門的相關(guān)內(nèi)容介紹

自動(dòng)控制閥門在實(shí)際的運(yùn)用中，液體與氣體流出/流入量在自動(dòng)化操作下完成控制管理要求。自動(dòng)控制閥門主要具備以下四大特點(diǎn)：第一，該閥門設(shè)施安裝簡(jiǎn)單且操作難度較低，操作過(guò)程中省時(shí)省力且用水少;第二，該閥門設(shè)施生產(chǎn)制造工藝簡(jiǎn)單和生產(chǎn)成本較低;第三，自動(dòng)控制閥門因自動(dòng)化功能特點(diǎn)而呈現(xiàn)出較長(zhǎng)的使用壽命和高運(yùn)行效率;第四，自動(dòng)控制閥門整體操作無(wú)需人為控制就可完成對(duì)于液體/氣體流入、流出量的控制。

現(xiàn)在市場(chǎng)上常用的自動(dòng)控制閥門，主要是利用微電子線路或紅外感應(yīng)技術(shù)為主要的高成本生產(chǎn)技術(shù)。以微電子線路或紅外感應(yīng)技術(shù)在經(jīng)營(yíng)成本較小的工程適用性與經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。本文主要提出以手動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、氣動(dòng)閥門為主的純機(jī)械自動(dòng)運(yùn)行方式的控制閥門。

二、自動(dòng)控制閥門設(shè)計(jì)原理

2.1 閥門設(shè)計(jì)

自動(dòng)控制閥門主要是由寬方桿、手柄、細(xì)桿、細(xì)方桿、閥門五大部分焊接后組成。自動(dòng)控制閥門設(shè)計(jì)可以用于控制企業(yè)生產(chǎn)水資源的利用量。自動(dòng)控制閥門方志每次生產(chǎn)用水的出水時(shí)間以及出水量都有嚴(yán)格控制。企業(yè)生產(chǎn)用水一般有五分鐘左右的出水時(shí)間，閥門裝置會(huì)在出水時(shí)間超過(guò)五分鐘后自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)也可通過(guò)人工進(jìn)行干涉自動(dòng)控制閥門的再次開(kāi)啟。自動(dòng)控制閥門管道內(nèi)的每一種裝置都是組成自動(dòng)控制閥門系統(tǒng)的重要組成部分，一旦閥門系統(tǒng)中缺少某個(gè)裝置，都可能會(huì)對(duì)自動(dòng)閥門控制系統(tǒng)造成巨大的影響。自動(dòng)控制閥門的關(guān)閉裝置位于出水地方的細(xì)長(zhǎng)管型連接器與空腔中的細(xì)長(zhǎng)方的槽。同時(shí)，需要在細(xì)長(zhǎng)方形槽設(shè)施下端設(shè)有圓形柱孔，主要是用于圓形細(xì)桿（圓形細(xì)桿的作用：固定并連接閥門和計(jì)時(shí)器）來(lái)應(yīng)對(duì)水流輸出過(guò)程中可能面臨的問(wèn)題。必須要保持純機(jī)械自動(dòng)控制閥門內(nèi)部長(zhǎng)期處于直線流動(dòng)狀態(tài)來(lái)減少阻力。

2.2 閥門及時(shí)間控制裝置

手柄、連接用細(xì)桿、閥門、細(xì)方桿、寬方桿是純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的重要組成部分。計(jì)時(shí)用的銷檔主要用寬方桿和細(xì)方桿來(lái)進(jìn)行卡住。為了防止純機(jī)械自動(dòng)控制閥門出現(xiàn)應(yīng)用問(wèn)題，必須要優(yōu)先選擇折行形式和協(xié)調(diào)好連接在關(guān)鍵上的折線形和前端的孔板。同時(shí)，優(yōu)先選擇圓柱空腔結(jié)構(gòu)形式且前端設(shè)有高磁性磁鐵的計(jì)時(shí)器，而且必須要保證管件下方的細(xì)長(zhǎng)管連接器處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。純機(jī)械自動(dòng)控制閥門具備極強(qiáng)的適應(yīng)性以及特征性，因此在大多數(shù)應(yīng)用過(guò)程中不易出現(xiàn)卡住的問(wèn)題。

2.3 工作原理

控制閥門裝置工作控制與固定折板與折現(xiàn)主要是借助一根彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)活動(dòng)。在常態(tài)狀態(tài)下，折線銷主要用于固定閥門的位置。當(dāng)企業(yè)需要進(jìn)行生產(chǎn)用水和計(jì)時(shí)放水時(shí)，在半圓環(huán)到達(dá)最高點(diǎn)附近，利用彈簧對(duì)折來(lái)給予拆線銷壓力進(jìn)入寬細(xì)方桿中，計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是聽(tīng)到一聲響聲。沒(méi)有聽(tīng)見(jiàn)響聲的原因是拆線銷為進(jìn)入寬細(xì)方桿或是拆線銷掉落。當(dāng)計(jì)時(shí)器正式開(kāi)始為期五分鐘的計(jì)時(shí)時(shí)，前半部分的水管在極快的水流速度下很快得到填滿。可以通過(guò)在計(jì)時(shí)器裝置中設(shè)立三個(gè)變量來(lái)提高計(jì)時(shí)器的精準(zhǔn)度。當(dāng)計(jì)時(shí)器到達(dá)五分鐘，壓力驅(qū)動(dòng)磁鐵進(jìn)行移動(dòng)閥門來(lái)進(jìn)行終止放水。計(jì)時(shí)器會(huì)在終止放水后回到最初位置，為下一次自動(dòng)控制閥門工作的即使做好準(zhǔn)備。

2.4 設(shè)計(jì)方案

首先，在自動(dòng)化工程領(lǐng)域所涉及的自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析是確保自動(dòng)化控制閥門的關(guān)鍵，因此，必須要保證機(jī)械構(gòu)建系統(tǒng)與自動(dòng)控制閥門的自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析處于一致，同時(shí)需要利用現(xiàn)代化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制閥門的數(shù)據(jù)分析與檢驗(yàn)，確保閥門的彈簧圈數(shù)與彈簧尺度的合理性、科學(xué)性、高精度;其次，純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)必須要結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況來(lái)合理的控制，從而確保提高水資源的應(yīng)用效率和合理使用。

三、純機(jī)械自動(dòng)控制閥門單元設(shè)計(jì)分析

3.1 彈簧參數(shù)設(shè)計(jì)分析

純機(jī)械自動(dòng)控制閥門的彈簧參數(shù)必須在合理范圍內(nèi)，才能確保彈簧推動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。設(shè)計(jì)人員在對(duì)彈簧內(nèi)外尺寸大小、絲直徑、螺旋升角度等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求彈簧設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)自動(dòng)控制閥門的控制要求來(lái)制定準(zhǔn)確合理的彈簧參數(shù)。由于彈簧在推動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過(guò)程中，會(huì)發(fā)生彈簧拉伸、壓縮、旋轉(zhuǎn)等活動(dòng)，因此彈簧的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向必須要嚴(yán)格的按照閥門對(duì)于自動(dòng)化控制的作用要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后，彈簧在推動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制過(guò)程中會(huì)接收來(lái)自于閥門的荷載。如果閥門給彈簧帶來(lái)的荷載包括彈簧本身的承載量，就會(huì)壓縮彈簧間距而造成的閥門自動(dòng)化控制效果下降等后果。因此需要設(shè)計(jì)人員精準(zhǔn)控制閥門及與彈簧的極限荷載，從而避免出現(xiàn)彈簧受到荷載過(guò)大而造成的間距縮小。

3.2 設(shè)計(jì)方法分析

彈簧的狀態(tài)是影響純機(jī)械自動(dòng)控制閥門效果的重要影響因素之一，因此需要設(shè)計(jì)人員能夠嚴(yán)格的把控好彈簧參數(shù)，確保給閥門的自動(dòng)化提供安全可靠的彈簧支持。而彈簧的剛度與強(qiáng)度等是彈簧可靠性設(shè)計(jì)中的重要數(shù)據(jù)參數(shù)，必須要確保彈簧在承受閥門荷載時(shí)不會(huì)出現(xiàn)彈簧間距縮小而造成的失效問(wèn)題。

3.2.1 彈簧剛度性能

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確彈簧剛度性能參數(shù)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法與設(shè)計(jì)方法。在對(duì)彈簧剛度性能計(jì)算前，地需要確保彈簧材料和彈簧絲不會(huì)在計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題或是變形，為彈簧剛度計(jì)算創(chuàng)造穩(wěn)定調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)人員在彈簧剛度設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：彈簧材料剛度性能與彈簧圈數(shù)呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系。要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)純自動(dòng)化控制閥門在企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制需求，來(lái)確定彈簧的圈數(shù)和變形量。必須要保證彈簧變形量和彈簧剛度分別滿足于閥門自動(dòng)控制要求和變形要求。

3.2.2 彈簧強(qiáng)度性能

彈簧強(qiáng)度性能計(jì)算過(guò)程中，必須要控制彈簧絲生角的正弦值與余弦值之比接近零和一之間。根據(jù)彈簧絲正弦值與余弦值來(lái)確定彈簧的截面應(yīng)力。而剪應(yīng)力、彈簧中徑、彈簧絲直徑是彈簧應(yīng)力近似值計(jì)算的主要內(nèi)容，同時(shí)需要這些數(shù)據(jù)與彈簧絲進(jìn)行比值對(duì)比。應(yīng)力近似值參數(shù)大小與彈簧的穩(wěn)定可靠性產(chǎn)生直接影響關(guān)系，因此需要設(shè)計(jì)人員能夠控制該比值的范圍不會(huì)影響彈簧絲卷繞過(guò)程。

四、結(jié)束語(yǔ)

純機(jī)械自動(dòng)控制閥門在企業(yè)運(yùn)行效率好壞的關(guān)鍵要素之一，就是在于對(duì)機(jī)械自動(dòng)閥門單元設(shè)計(jì)的管理力度和管理水平。機(jī)械自動(dòng)閥門自動(dòng)控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)作用對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并且能夠根據(jù)作用對(duì)象的運(yùn)行需求進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，來(lái)保證作用對(duì)象的運(yùn)行穩(wěn)定性與高效狀態(tài)。

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