纯机械自动控制阀门的设计及控制原理探讨

龚战

摘要：本文主要针对纯机械自动控制阀门的设计问题与控制原理进行分析，重点阐明自动控制阀门零部件的构造原理、设计内容以及控制原理等内容，侧面说明纯机械自动化控制阀门的应用优势，以期为相关人员提供一定的借鉴。

关键词：纯机械自动控制阀门;设计;控制原理

1自动控制阀门的相关简介

自动控制阀门属于一种具备自动化功能特点的阀门设施。在实际应用过程中，无需人为操控就可以满足液体/气体流出、流入量的控制管理要求[1]。根据实践应用效果来看，自动控制阀门通常具备以下功能特点：（1）节约用水量、省时省力。安装简便、操作难度较低。（2）生产制造工艺流程简单，涉及到的生产成本较低。（3）正式应用过程中，呈现出使用寿命较长、运行效率较高的特点。（4）结合自动化技术，实现无需人工操作就可以满足正常运行要求。目前，市面上常见的自动控制阀门一般是利用微电子线路或者红外感应技术等作为主要生产技术。但是上述技术涉及到的成本较高，对于一些投资较小的工厂而言，适用性与经济性不高。针对于此，本文提出一种基于纯机械自动运行方式的控制阀门，以期可以相关人员提供一定的借鉴。目前，常见的纯机械自动控制阀门主要有手动阀门、气动阀门、电动阀门三种。

1纯机械自动控制阀门的设计

本文以Irristat阀门为基础，以土壤水分张力为主要设计原理。Irristat阀门的自动控制主要是通过水分平衡原理来实现的，借助真空压力表的读数，张力计能够对土壤水分情况进行监测，以监测结果为基础来实现对阀门的自动化控制。在整个控制过程中，张力计相当于一个土壤温度的传感器，Irristat阀门通过内部凝胶吸水膨胀及失水收缩来判断土壤中水分情况，从而通过阀门来实现对水流量的自动化控制，实现灌溉自动化，其不需要计算机和传感器，属于一种无源自动控制阀门，通过纯机械来实现阀门的自动化控制。

2纯机械自动控制阀门的零件设计

2.1阀门的设计

首先介绍一种用于控制生产用水的纯机械自动控制阀门，该种设计的出水时间是5分钟，5分钟之后阀门会自动关闭，如果需要再次使用，则需要人为操作即可。管道的出水口处设置一个细长管形连通器，同时，在空腔中有一个固定关闭阀门的细长方形槽，下端有一个连接阀门和计时装置的圆柱形孔，每一个装置都有独特的作用，并且在阀门的安装中缺一不可。

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。

2.3工作原理

当装置是在计时将要开始的情况下，这是会有一根弹簧用于折板和折现之间进行固定压缩的，从而使闸门被折现销控制住，然后如果需要进行放水。在半圆环到达最高的时候，管体会被闸门下方的粗长方体杆顶住，这时压缩弹簧会对折线形销进行加压，这时折线形销会进入到粗细长方形杆之间的台阶型槽内，然后计时就可以正式开始，计时开始的标志是会出现一声响，然后闸门被卡住并且保证不会掉落，阀门被关闭，计时也就正式开始了。

计时开始之后水流的速度还是比较快的，水管前段也会被水快速填满，这时候可以水对管壁的压力看做每一处都是相等的，而水管和连通器是连接在一起的。

为了使计时更加准确，可以设置3个变量，保证计时器到细管后端的运动时间为5分钟，当计时器达到最后端时，高磁性磁铁在压力之下发生移动，此时计时停止，闸门被释放，放水也在此时结束。细管中的水也会被慢慢排出，计时器回到原来的位置，方便下一次的计时。

3纯机械自动控制阀门的控制原理分析

纯机械自动控制阀门中的折板与折线形销之间需要设置一根处于压缩状态的弹簧，目的在于使折线形销顶住闸门。在进行计时放水期间，操作人员需要及时提起闸门上方的半圆环，确保可以第一时间拉动闸门进行放水作业。当水位抬到最高处时，闸门下端的粗长方体杆会及时顶住管体。究其原因，主要是折线形销受到压缩状态的弹簧压力影响，而往往会陷入粗细长方形杆内的台阶型槽内当中。此时，一旦听到“铛”的声音，计时开始。操作人员应该根据纯机械自动控制阀门的运行情况进行合理记录，以期可以为后续运行管理工作提供参考数据。同时，介于水流速度较快，水管前端多处于充满水的状态。

有理由认为，在一定范围内水对管壁压力会始终保持恒定状态。究其原因，主要是水管与连通器处于两端相连的状态，且两个连通口面积均等。连通器在细管中处于水流静止状态。此时，计时器会受到浮力的影响，以及自身重力对管壁之间的摩擦力作用。当计时器上升到最后端时，计时器中的高磁性磁铁会对折线形销产生明显的功能效果，不断克服弹簧设施带来的压力而发生位移现象，进而释放闸门、结束放水作业，即计时结束。根据时长分析纯机械自动阀门的运行优势，根据上文提出的设计方案以及控制原理，不难得知，纯机械自动阀门在运行过程中有效规避了以往机械阀门运行效率不高的问题，应用能力较强。

4结语

综上所述，本文以前人研究理论为基础，设计了一种用于灌溉的纯机械自动控制阀门，并探讨了其具体的自动控制原理和设计方案，旨在为相关纯机械自动控制阀门的设计和开发提供参考。本文的研究也存在着一定的不足之处，在未来的研究中，應当着重对延长阀门寿命方面进行研究，以此来进一步推进纯机械自动控制阀门的应用和发展。从客观角度上来说，该方案目前并未得到全面推广与应用，且相关实践验证力度不足，尚有不成熟之处。希望通过本文的相关分析，广大同行可以提出宝贵的意见，进一步改进与优化纯机械自动控制阀门设计方案，尽早实现预期的运作目标。

参考文献

[1]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，2012，（15）：82-83.

[2]孙东升.基于机械构建的自动控制阀门研究[J].机电信息，2014，（12）：106-107.

[3]邹旭东.机械构建的自动控制阀门探究[J].科技展望，2016，（12）：74.