纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析

2012年8月
内蒙古科技与经济
August 2012
　第15期总第265期
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纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析
寇　正
(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州　510641)
摘　要:在分析现有自动控制阀门特点的基础上,自行设计了纯机械自动控制阀门,详细介绍了自动控制阀门零部件的构思原理、设计及其控制原理。

该纯机械自动控制阀门具有设计及控制原理简单、易于实现的特点。

关键词:机械自动控制阀门;设计;控制 中图分类号:T P23 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)15—0082—021　自动控制阀门的概况
自动控制阀门是一种无需人为操控即可实现控制液体(或气体)流出、流入量的阀门。

从自动控制阀门发展情况来看,自动控制阀门具有如下特点[1]:①节约用水,节省时间;②安装简单,使用方便;③省电;④使用寿命长;⑤生产工艺简单,成本低,生产材料市场供给充足;⑥不需人工操作;⑦技术先进。

由此观之,现有的自动控制阀门均应用到微电子线路以及诸如红外感应技术等。

这些技术相对成本较高,对于一些投资较小的工厂来说不太适用。

经查询资料[2,3],有关自动控制阀门的设计专利很多,原理及应用场合各异。

笔者设计了一种新型的纯机械自动控制阀门,来降低大规模生产及使用的成本,同时达到简单实用的目的。

2　纯机械自动控制阀门的零件设计及配合2.1　阀门的设计
该设计的纯机械自动控制阀门主要应用于控制生产用水,出水时间为5mi n ,5mi n 后自动切断出水阀门,若想再次使用,需人为操作。

阀门设计总图见图1。

图1　阀门设计总图
图2为管件示意图,管件进水端设置一个有立方体空腔的装置,主要用于阀门切断水流时的封闭,在立方体空腔的下前端焊接一块折板,用于固定传动销,在管件的出水口附近焊接一个细长管形连通
器,剖视图见图3。

图4为管件立方体空腔的剖视图,
空腔上端有细长方形槽,用于固定关闭阀门,下端有一个圆柱形孔,用于固定连接在阀门与计时装置之间的圆柱细杆。

2.2　阀门以及时间控制装置
阀门由5部分焊接而成,依次是手柄、阀门、连接用细杆、宽方杆、细方杆,其中,宽、细2方杆用于卡住计时用的销。

传动销为折线形,材料为铁,其前端与连接在管件上的折线形的板上的孔配合。

计时器为圆柱空腔,前端装有高磁性磁铁,用于吸引折线形销,在管件下方的细长管连通器内运动。

各部分设计见图5,局部配合图见图6。

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收稿日期:2012-04-28
作者简介:寇正(1990-),男,呼和浩特人,华南理工大学机械工程及其自动化专业学生。

　寇　正·纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析2012年第15期
2.3　工作原理
图7为整体装配图,图示状态为将要计时状态,其中,在折板与折线销之间固定有一根压缩的弹簧(图中画圈位置),使折线销顶住闸门。

当需要进行计时放水时,提起闸门上的半圆环,使其带动闸门进行放水。

抬到最高处时,闸门下端的粗长方体杆顶住管体,折线形销由于受到压缩弹簧的压力,陷入粗细长方形杆之间的台阶型槽内,此时会听到“铛”的一声,卡住闸门使其不掉落而关闭阀门,计时开始。

同时,由于水流较快,水管前端已经充满水,此时可以认为,在一定范围内,水对管壁的压力处处相等,并且在瞬间充满连通器。

由于水管与连通器的两端相连,并且两个联通口面积相等,所以可以认为在连通器细管中水流静止。

这样就可以忽略由于海拔不同造成的水压偏差对计时准确性的影响。

此时细管内充水,计时器同时受到浮力、自身重力以及管壁对其的摩擦阻力,通过设置使这3个变量控制计时器运动到细管后端的时间为5min,变量较为精确,可操控性较高,见图8。

当计时器上升到最后端,计时器上的高磁性磁铁吸引折线形销,使其克服弹簧压力发生位移,从而释放闸门,计时结束,放水停止。

之后细管内的水慢慢由下端的通空排出,计时器落到最下方,准备下一次计时,见图9。

图9　阀门释放
3　结论
该设计的自动控制阀门由纯机械部件构成,设计及控制原理较为简单。

但仅为理论设计,并未经实践验证,希望广大同行提出宝贵意见。

[参考文献]
[1]　李欣明.自动控制阀门[P].中国专利:CN
2662031,2003-12-21.
[2]　李海清.计量控制阀[P].中国专利:CN
201723816U,2011-01-26.
[3]　钱永培.一种电动及手动双功能控制阀[P].
中国专利:CN202118346U,2012-01-18.
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