纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析

徐书茂

摘要：采用自动控制阀门来对企业生产所需要的流动介质进行流出与流入量、流体压力、流体方向等内容的有效管控，采用自动控制阀门的方法同时达到机械生产与管理运输的双重要求。而市场上最新出现的纯机械自动控制阀门，有效实现脱离传统阀门需要借助外部能量、传感装置、人工来完成阀门控制的局限性，通过全程自动化控制阀门来实现对流动介质量的管控。本文首先对自动控制阀门的相关内容进行介绍，分析自动控制阀门设计原理，最后对纯机械自动控制阀门单元设计进行弹簧参数设计与设计方法的分析。

关键词：纯机械;控制原理;自动控制阀门;

引言：现阶段，自动控制阀门的技术还需要借助有源控制来实现机械运作，并且需要人工来辅助自动控制阀门的部分流程。而纯机械自动控制阀门通过全程自动化控制阀门来实现对企业生产流动介质量的控制，并且由于纯机械自动控制阀门本身操作简单、节能效果好等优势，让其在我国许多领域的企业生产中得到广泛的适用。

一、自动控制阀门的相关内容介绍

自动控制阀门在实际的运用中，液体与气体流出/流入量在自动化操作下完成控制管理要求。自动控制阀门主要具备以下四大特点：第一，该阀门设施安装简单且操作难度较低，操作过程中省时省力且用水少;第二，该阀门设施生产制造工艺简单和生产成本较低;第三，自动控制阀门因自动化功能特点而呈现出较长的使用寿命和高运行效率;第四，自动控制阀门整体操作无需人为控制就可完成对于液体/气体流入、流出量的控制。

现在市场上常用的自动控制阀门，主要是利用微电子线路或红外感应技术为主要的高成本生产技术。以微电子线路或红外感应技术在经营成本较小的工程适用性与经济价值不高。本文主要提出以手动阀门、电动阀门、气动阀门为主的纯机械自动运行方式的控制阀门。

二、自动控制阀门设计原理

2.1 阀门设计

自动控制阀门主要是由宽方杆、手柄、细杆、细方杆、阀门五大部分焊接后组成。自动控制阀门设计可以用于控制企业生产水资源的利用量。自动控制阀门方志每次生产用水的出水时间以及出水量都有严格控制。企业生产用水一般有五分钟左右的出水时间，阀门装置会在出水时间超过五分钟后自动关闭。同时也可通过人工进行干涉自动控制阀门的再次开启。自动控制阀门管道内的每一种装置都是组成自动控制阀门系统的重要组成部分，一旦阀门系统中缺少某个装置，都可能会对自动阀门控制系统造成巨大的影响。自动控制阀门的关闭装置位于出水地方的细长管型连接器与空腔中的细长方的槽。同时，需要在细长方形槽设施下端设有圆形柱孔，主要是用于圆形细杆（圆形细杆的作用：固定并连接阀门和计时器）来应对水流输出过程中可能面临的问题。必须要保持纯机械自动控制阀门内部长期处于直线流动状态来减少阻力。

2.2 阀门及时间控制装置

手柄、连接用细杆、阀门、细方杆、宽方杆是纯机械自动控制阀门的重要组成部分。计时用的销档主要用宽方杆和细方杆来进行卡住。为了防止纯机械自动控制阀门出现应用问题，必须要优先选择折行形式和协调好连接在关键上的折线形和前端的孔板。同时，优先选择圆柱空腔结构形式且前端设有高磁性磁铁的计时器，而且必须要保证管件下方的细长管连接器处于运动状态。纯机械自动控制阀门具备极强的适应性以及特征性，因此在大多数应用过程中不易出现卡住的问题。

2.3 工作原理

控制阀门装置工作控制与固定折板与折现主要是借助一根弹簧来实现活动。在常态状态下，折线销主要用于固定阀门的位置。当企业需要进行生产用水和计时放水时，在半圆环到达最高点附近，利用弹簧对折来给予拆线销压力进入宽细方杆中，计时的标准是听到一声响声。没有听见响声的原因是拆线销为进入宽细方杆或是拆线销掉落。当计时器正式开始为期五分钟的计时时，前半部分的水管在极快的水流速度下很快得到填满。可以通过在计时器装置中设立三个变量来提高计时器的精准度。当计时器到达五分钟，压力驱动磁铁进行移动阀门来进行终止放水。计时器会在终止放水后回到最初位置，为下一次自动控制阀门工作的即使做好准备。

2.4 设计方案

首先，在自动化工程领域所涉及的自动化数据分析是确保自动化控制阀门的关键，因此，必须要保证机械构建系统与自动控制阀门的自动化数据分析处于一致，同时需要利用现代化技术来实现对自动控制阀门的数据分析与检验，确保阀门的弹簧圈数与弹簧尺度的合理性、科学性、高精度;其次，纯机械自动控制阀门的各项指标数据必须要结合企业的生产实际情况来合理的控制，从而确保提高水资源的应用效率和合理使用。

三、纯机械自动控制阀门单元设计分析

3.1 弹簧参数设计分析

纯机械自动控制阀门的弹簧参数必须在合理范围内，才能确保弹簧推动阀门实现自动化控制。设计人员在对弹簧内外尺寸大小、丝直径、螺旋升角度等内容进行设计时，要求弹簧设计人员能够根据自动控制阀门的控制要求来制定准确合理的弹簧参数。由于弹簧在推动阀门实现自动控制过程中，会发生弹簧拉伸、压缩、旋转等活动，因此弹簧的旋转角度和旋转方向必须要严格的按照阀门对于自动化控制的作用要求来进行设计。最后，弹簧在推动阀门实现自动化控制过程中会接收来自于阀门的荷载。如果阀门给弹簧带来的荷载包括弹簧本身的承载量，就会压缩弹簧间距而造成的阀门自动化控制效果下降等后果。因此需要设计人员精准控制阀门及与弹簧的极限荷载，从而避免出现弹簧受到荷载过大而造成的间距缩小。

3.2 设计方法分析

弹簧的状态是影响纯机械自动控制阀门效果的重要影响因素之一，因此需要设计人员能够严格的把控好弹簧参数，确保给阀门的自动化提供安全可靠的弹簧支持。而弹簧的刚度与强度等是弹簧可靠性设计中的重要数据参数，必须要确保弹簧在承受阀门荷载时不会出现弹簧间距缩小而造成的失效问题。

3.2.1 弹簧刚度性能

设计人员应该明确弹簧刚度性能参数设计的计算方法与设计方法。在对弹簧刚度性能计算前，地需要确保弹簧材料和弹簧丝不会在计算过程中出现质量问题或是变形，为弹簧刚度计算创造稳定调节。设计人员在弹簧刚度设计与计算过程中发现：弹簧材料刚度性能与弹簧圈数呈现反相关关系。要求设计人员根据纯自动化控制阀门在企业生产的自动控制需求，来确定弹簧的圈数和变形量。必须要保证弹簧变形量和弹簧刚度分别满足于阀门自动控制要求和变形要求。

3.2.2 弹簧强度性能

弹簧强度性能计算过程中，必须要控制弹簧丝生角的正弦值与余弦值之比接近零和一之间。根据弹簧丝正弦值与余弦值来确定弹簧的截面应力。而剪应力、弹簧中径、彈簧丝直径是弹簧应力近似值计算的主要内容，同时需要这些数据与弹簧丝进行比值对比。应力近似值参数大小与弹簧的稳定可靠性产生直接影响关系，因此需要设计人员能够控制该比值的范围不会影响弹簧丝卷绕过程。

四、结束语

纯机械自动控制阀门在企业运行效率好坏的关键要素之一，就是在于对机械自动阀门单元设计的管理力度和管理水平。机械自动阀门自动控制单元能够实现对作用对象进行实时的运行状态监测，并且能够根据作用对象的运行需求进行及时的调整，来保证作用对象的运行稳定性与高效状态。

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