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摘 要：阀门是机械正常运行中的一个重要组成装置，同时作为流体系统中的一个重要组成部分，对流体的控制发挥着重要的作用，如控制流体的流向、压力以及流量。纯机械自动控制阀门相较于其它的控制阀门具有明显优势，如自动化程度高，成本较低，使用灵活方便，但是目前对纯机械自动控制阀门设计和控制原理的研究分析还存在诸多不足，市场上有的纯机械自动控制阀门大部分还不够成熟。基于此，本文基于纯机械自动控制阀门，分析了其设计和控制原理，以期为其研究和使用提供参考。
关键词：纯机械;自动控制阀门;设计及控制原理
目前对于自动控制阀门的研究大多集中于有源控制，而无源控制其实才是能够进行自动调节，应该需要加强研究的。无源控制阀门就是纯机械自动控制阀门，它不仅具有一般自动控制阀门的优势特点，能够有效控制流体介质的流动方向和流量，滿足机械生产和管道运输的要求，还具有较自动控制阀门更为显著的优势，如在自动调节方面自动化程度更高，在自动控制的过程中不需要借助外部的能量或是任何传感设备的帮助，在应用方面更加灵活方便其节能效果俱佳。基于此，对于阀门的设计，需要在阀门作用原理的基础上，提高其自动调节水平，本文主要是对纯机械自动控制阀门的设计及控制原理进行了有效的分析。
1 纯机械自动控制阀门概述
就本质而言纯机械自动控制阀门属于无源控制阀门，在自动控制调节方面可以不用借助外部能量来实现在20世纪80年代就已经开始了对纯机械自动控制阀门的研究，其一直较为广泛地应用于农业灌溉中，农业灌溉水量的控制是通过纯机械自动控制阀门的应用来实现的，其控制原理是当灌溉使得土壤中的水分达到一个限定值时，水分就会自动进入到阀门中，阀门的内部会由于水分的进入而产生的凝胶膨胀，从而下压到活塞，使得出水水管的截面面积减小，从而达到控制灌溉水量的目的。同时当土壤中含有的水分值低于了设定的需要量，阀门中的水就会回流到土壤中，阀门内部的压力变小情况下使得活塞下移，从而使得水流截面面积变大，水流量变大，这样一来就实现了对灌溉水量的有效控制。
2 纯机械自动控制阀门的设计分析
本文介绍一种可以控制生产用水的纯机械自动控制阀门，它的设计原理为土壤水分张力。水分平衡的原理有助于阀门自动控制的实现，通过真空压力表和张力计的应用能够有效监测出土壤的水分情况，基于监测结果来促进阀门控制的自动化。在水量的自动化控制过程中，张力计起着温度传感器的作用，通过阀门内部的凝胶膨胀和失水收缩状态可以判断出土壤中水分的具体情况，是高于预估值还是低于预估值，在此基础上通过纯机械自动控制阀门能够有效控制灌溉出水水流量，提高灌溉水量控制的自动化程度，在此过程中不需要借助任何外部的能量和传感器，完全是一种无源自动控制阀门。
在结构上纯机械自动控制阀门主要包括四个部分，即弹簧、控制元件、进水口和出水口，其中弹簧包括缓冲弹簧和复位弹簧。通过缓冲弹簧能够使阀芯移动至封堵进水口的状态，从而达到关闭阀门，停止灌溉的目的。通过复位弹簧则能够使阀芯反向移动，阀芯锥形面后移而达到开放阀门，恢复灌溉的目的。
3 纯机械自动控制阀门的控制原理分析及控制单元设计
3.1 控制原理分析
纯机械自动控制阀门对水量的控制主要是通过阀门中的一种湿敏材料来实现的，它是一种自动控制元件材料，这种材料对水极其敏感，当土壤中的水分含量增多超过预估值时，湿敏材料与土壤的直接接触就能够发挥作用，吸收土壤中的水分从而使其自身产生膨胀，这就会对缓冲弹簧造成一种压力，从而推动复位弹簧和阀芯产生位移，阀芯经过移动使其锥形截面堵住进水口，从而使阀门自动关闭而停止灌溉。但需要注意的是湿敏材料吸水而产生党的膨胀程度应当加以控制，若是湿敏材料的膨胀过于严重，则很可能使阀芯受到损坏，缓冲弹簧的存在就会在阀芯遇到巨大压力时发挥一个缓冲作用，从而达到保护阀芯的目的。
3.2 控制单元设计分析
纯机械自动控制阀门的核心构成部分在于弹簧，缓冲弹簧能够对阀芯发挥缓冲保护作用，复位弹簧则能够开启阀门，这就需要对两种弹簧的设计和各项参数进行简单的分析。
首先对于弹簧的参数设定，不管是缓冲还是复位弹簧所设定的参数是相同的的，都有弹簧的内外径、中径、节间距及弹簧丝直径等。就旋转方向而言，弹簧的旋转方向多为向右。弹簧在不同压力情况下的状态是不同的，当在没有压力的情况下，弹簧圈之间是存在一定间距的，当弹簧受到压力，则会收缩变形。基于此，在弹簧设计的过程中需要考虑到弹簧的荷载力度，在极限荷载作用下，弹簧圈应当保持一个稳定的间距值。
其次，对于弹簧的设计方法，在弹簧设计过程中一方面要确保弹簧的稳定性和可靠性，这就需要精确地计算中弹簧的强度和刚度，另一方面要使设计出的弹簧能够满足阀门使用的要求，达到自动控制的目的。一是弹簧刚度的计算，这需要根据阀门在正常使用情况下弹簧的变形程度的要求来计算，从而确定弹簧的参数。在弹簧的制作材料和直径大小一致的情况下，弹簧的圈数越大，刚度就越小，反之，刚度就越大。二是弹簧稳定性的计算，弹簧的稳定性能主要是受弹簧圈数大小的影响，若是弹簧的圈数过多，则会使得其在承受压力大的情况下出现侧向弯曲现象，因此弹簧的高径比不能超过上限。为了确保弹簧的稳定性能，在设计中需要考虑弹簧两端的不同状况，若是弹簧两端都处于固定状态，则弹簧的长细比值应当低于5.3，若是弹簧两端不是同时处于固定或是不固定状态，长细比值则应当低于3.7，若是两端都处于非固定状态，则弹簧的长细比值应当低于2.6。
4 结束语
总之，纯机械自动控制阀门的研究分析对于其实际应用发挥着重要的作用。本文即是基于纯机械自动控制阀门的概述，分析了其包括构成部分在内的设计，并研究分析了其控制原理和控制单元的设计，以期推动纯机械自动控制阀门的生产和应用发展。
参考文献
[1]陈飞龙.机械自动控制阀门的设计及控制原理分析[J].山东工业技术，2019（16）：9.
[2]徐战卫.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析[J].世界有色金属，2018（15）：227-228.
[3]张定三.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理探讨[J].决策探索（中），2017（10）：69-70.
[4]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.
关键词：纯机械;自动控制阀门;设计及控制原理
目前对于自动控制阀门的研究大多集中于有源控制，而无源控制其实才是能够进行自动调节，应该需要加强研究的。无源控制阀门就是纯机械自动控制阀门，它不仅具有一般自动控制阀门的优势特点，能够有效控制流体介质的流动方向和流量，滿足机械生产和管道运输的要求，还具有较自动控制阀门更为显著的优势，如在自动调节方面自动化程度更高，在自动控制的过程中不需要借助外部的能量或是任何传感设备的帮助，在应用方面更加灵活方便其节能效果俱佳。基于此，对于阀门的设计，需要在阀门作用原理的基础上，提高其自动调节水平，本文主要是对纯机械自动控制阀门的设计及控制原理进行了有效的分析。
1 纯机械自动控制阀门概述
就本质而言纯机械自动控制阀门属于无源控制阀门，在自动控制调节方面可以不用借助外部能量来实现在20世纪80年代就已经开始了对纯机械自动控制阀门的研究，其一直较为广泛地应用于农业灌溉中，农业灌溉水量的控制是通过纯机械自动控制阀门的应用来实现的，其控制原理是当灌溉使得土壤中的水分达到一个限定值时，水分就会自动进入到阀门中，阀门的内部会由于水分的进入而产生的凝胶膨胀，从而下压到活塞，使得出水水管的截面面积减小，从而达到控制灌溉水量的目的。同时当土壤中含有的水分值低于了设定的需要量，阀门中的水就会回流到土壤中，阀门内部的压力变小情况下使得活塞下移，从而使得水流截面面积变大，水流量变大，这样一来就实现了对灌溉水量的有效控制。
2 纯机械自动控制阀门的设计分析
本文介绍一种可以控制生产用水的纯机械自动控制阀门，它的设计原理为土壤水分张力。水分平衡的原理有助于阀门自动控制的实现，通过真空压力表和张力计的应用能够有效监测出土壤的水分情况，基于监测结果来促进阀门控制的自动化。在水量的自动化控制过程中，张力计起着温度传感器的作用，通过阀门内部的凝胶膨胀和失水收缩状态可以判断出土壤中水分的具体情况，是高于预估值还是低于预估值，在此基础上通过纯机械自动控制阀门能够有效控制灌溉出水水流量，提高灌溉水量控制的自动化程度，在此过程中不需要借助任何外部的能量和传感器，完全是一种无源自动控制阀门。
在结构上纯机械自动控制阀门主要包括四个部分，即弹簧、控制元件、进水口和出水口，其中弹簧包括缓冲弹簧和复位弹簧。通过缓冲弹簧能够使阀芯移动至封堵进水口的状态，从而达到关闭阀门，停止灌溉的目的。通过复位弹簧则能够使阀芯反向移动，阀芯锥形面后移而达到开放阀门，恢复灌溉的目的。
3 纯机械自动控制阀门的控制原理分析及控制单元设计
3.1 控制原理分析
纯机械自动控制阀门对水量的控制主要是通过阀门中的一种湿敏材料来实现的，它是一种自动控制元件材料，这种材料对水极其敏感，当土壤中的水分含量增多超过预估值时，湿敏材料与土壤的直接接触就能够发挥作用，吸收土壤中的水分从而使其自身产生膨胀，这就会对缓冲弹簧造成一种压力，从而推动复位弹簧和阀芯产生位移，阀芯经过移动使其锥形截面堵住进水口，从而使阀门自动关闭而停止灌溉。但需要注意的是湿敏材料吸水而产生党的膨胀程度应当加以控制，若是湿敏材料的膨胀过于严重，则很可能使阀芯受到损坏，缓冲弹簧的存在就会在阀芯遇到巨大压力时发挥一个缓冲作用，从而达到保护阀芯的目的。
3.2 控制单元设计分析
纯机械自动控制阀门的核心构成部分在于弹簧，缓冲弹簧能够对阀芯发挥缓冲保护作用，复位弹簧则能够开启阀门，这就需要对两种弹簧的设计和各项参数进行简单的分析。
首先对于弹簧的参数设定，不管是缓冲还是复位弹簧所设定的参数是相同的的，都有弹簧的内外径、中径、节间距及弹簧丝直径等。就旋转方向而言，弹簧的旋转方向多为向右。弹簧在不同压力情况下的状态是不同的，当在没有压力的情况下，弹簧圈之间是存在一定间距的，当弹簧受到压力，则会收缩变形。基于此，在弹簧设计的过程中需要考虑到弹簧的荷载力度，在极限荷载作用下，弹簧圈应当保持一个稳定的间距值。
其次，对于弹簧的设计方法，在弹簧设计过程中一方面要确保弹簧的稳定性和可靠性，这就需要精确地计算中弹簧的强度和刚度，另一方面要使设计出的弹簧能够满足阀门使用的要求，达到自动控制的目的。一是弹簧刚度的计算，这需要根据阀门在正常使用情况下弹簧的变形程度的要求来计算，从而确定弹簧的参数。在弹簧的制作材料和直径大小一致的情况下，弹簧的圈数越大，刚度就越小，反之，刚度就越大。二是弹簧稳定性的计算，弹簧的稳定性能主要是受弹簧圈数大小的影响，若是弹簧的圈数过多，则会使得其在承受压力大的情况下出现侧向弯曲现象，因此弹簧的高径比不能超过上限。为了确保弹簧的稳定性能，在设计中需要考虑弹簧两端的不同状况，若是弹簧两端都处于固定状态，则弹簧的长细比值应当低于5.3，若是弹簧两端不是同时处于固定或是不固定状态，长细比值则应当低于3.7，若是两端都处于非固定状态，则弹簧的长细比值应当低于2.6。
4 结束语
总之，纯机械自动控制阀门的研究分析对于其实际应用发挥着重要的作用。本文即是基于纯机械自动控制阀门的概述，分析了其包括构成部分在内的设计，并研究分析了其控制原理和控制单元的设计，以期推动纯机械自动控制阀门的生产和应用发展。
参考文献
[1]陈飞龙.机械自动控制阀门的设计及控制原理分析[J].山东工业技术，2019（16）：9.
[2]徐战卫.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理分析[J].世界有色金属，2018（15）：227-228.
[3]张定三.纯机械自动控制阀门的设计及控制原理探讨[J].决策探索（中），2017（10）：69-70.
[4]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.