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自動控制閥門可以對流動介質的流入流出量進行控制, 使其滿足管道運輸要求, 滿足機械生產需求。在閥門自動化控制研究中, 出現了一種純自動控制閥門, 該閥門作用優勢更加顯著, 甚至不需要傳感設備或外部能量的幫助。其屬于無源閥門, 在閥門應用中, 設計人員應基于閥門作用原理, 研究閥門自動調節作用。如此才能設計出有益機械生產水平提升的閥門。本文主要針對機械自動控制閥門的設計及應用原理進行分析。

機械自動化控制閥門可以應用在農業灌溉區域, 以Irristat閥門為基礎, 設計相關的純機械自動化控制閥門, 還需要掌握閥門控制作用原理。在設計中, 農業中的土壤水分張力變化情況會成為閥門調節控制的判斷依據。水分平衡可以使閥門實現自動化控制^[1]。其閥門結構如圖1所示:

彈簧推動閥芯, 使進水口被堵塞、開啟, 從而完成閥門操控。而彈簧主要將土壤水分含量作為操作依據。彈簧的操作過程便是閥門自動控制過程, 在控制單元中, 含有濕敏材料, 該材料會直接探測土壤水分含量, 含量不同, 材料表現也不同, 當水含量過多時, 濕敏材料在吸水后, 體積會變大, 這會占用彈簧面積, 對彈簧造成擠壓, 所以彈簧會作用于閥芯上, 使其啟動^[2]。閥芯運行過程中會形成錐形面, 該面在進出水口控制中發揮了重要作用。當進水口被堵塞后, 閥門會自行關閉。緩沖彈簧可對閥門閥芯起到保護作用, 使其不會受到膨脹濕敏材料的破壞。

兩種彈簧在閥門自動化控制中發揮了主要作用, 所以要將其作為核心元件進行重點設計, 使緩沖彈簧發揮緩沖保護和關閉閥門作用, 使復位彈簧發揮開啟作用。在自動控制單元具體設計中, 需要完成以下兩方面設計工作。其一, 參數的設定。彈簧這種控制元件有自己的性能參數, 只有參數合格合理, 彈簧才會發揮作用, 使閥門實現自動控制。針對緩沖彈簧和復位彈簧, 設計人員需要合理確定彈簧參數, 使其滿足控制作用需求^[3]。在設計中, 主要對彈簧的內外尺寸、彈簧絲直徑及螺旋升角進行設計。彈簧在應用中, 不僅會發生壓縮拉伸, 還會出現旋轉, 所以需要確定旋轉角度, 針對閥門自動化控制要求, 還要確定彈簧的旋轉方向。彈簧在發揮作用時, 其本身會接收相關荷載, 如果荷載過大, 會對彈簧間距造成影響, 設計人員還應設計極限荷載, 使其不會影響彈簧圈間距。

其二, 設計方法。在閥門自動化控制設計中, 若要保證閥門一直有效, 則需要使控制單元中的彈簧一直處于安全可靠狀態。彈簧的穩定性主要體現在彈簧參數上, 設計人員需要控制彈簧參數, 需要使彈簧更加穩定, 如此彈簧才能滿足閥門需求。在可靠性設計中, 應對彈簧的性能參數進行設計, 使相關的剛度和強度等得到保證, 如此其在承受荷載時才不會出現失效問題。在性能參數設計中, 設計人員應確定其計算方法和設計方法。在彈簧剛度設計中, 需要對剛度參數進行計算。在計算前, 應創建穩定條件, 如使彈簧材料及彈簧絲保持不變, 對彈簧剛度進行研究, 發現該參數與彈簧圈數有直接關系, 兩者呈反相關關系。在實際應用中, 設計人員應根據閥門自動控制要求, 確定彈簧的變形量, 該參數會決定彈簧圈數, 如此彈簧剛度也可以被計算出來。彈簧變形量需要滿足閥門自動控制要求, 而彈簧剛度則要滿足變形量要求。在彈簧強度計算中, 需要確定彈簧絲的生角, 需要使其正弦值和余弦值接近零和一。根據這些參數, 可計算出彈簧的截面應力。該應力近似值計算中, 需要涉及到剪應力、彈簧絲直徑、彈簧中徑等, 彈簧中徑需要與彈簧絲作比值, 該比值參數大小直接關系到彈簧的穩定可靠性, 設計人員還要控制該比值, 使其不會影響彈簧絲卷繞過程。在彈簧穩定性計算中, 需要通過控制該參數來調控側向彎曲情況^[4]。當彈簧穩定性得到保證后, 即使彈簧所受壓力很大, 其也不會影響彈簧使用效果。

機械自動化控制閥門作用優勢主要來自控制單元, 設計人員要重點設計該單元, 使其自動調節能力和控制能力得到保證。自動控制單元應能及時探索到作用對象的運行情況, 及時根據其運行需求, 作出有效調控, 使作用對象處于正常運行狀態。該種閥門可作用于不同的領域, 設計人員還要結合不同行業作用需求, 設計合理的自動控制閥門和控制單元。