德國寶德電磁閥工作原理：
不需要外部提供能量就能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)的閥門,，無源控制閥門也稱為純機械自控閥門,，其有著自動化程度高,、節(jié)能效果好,、使用方便,、設(shè)備工藝簡單等優(yōu)點,?；谝陨希疚暮喴接懥思儥C械自控閥門的額設(shè)計及控制原理,。
一,、純機械自控閥門概述
從本質(zhì)上來講，純機械自控閥門就是一種不需要外部能量供應(yīng)就可以實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)的閥門,，即無源控制閥門,，純機械控制閥門的研究始于上世紀(jì)八十年代，L.Ornstein教授設(shè)計了一種名為 Irristat 的閥門,，這種閥門就屬于一種純機械自控閥門,，其在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)土壤中的水分含量達到預(yù)定值的時候,，水分會進入到閥門,，使得閥門內(nèi)部凝膠膨脹，下壓活塞,，減小水管的截面積,，從而實現(xiàn)對用水量的控制[1]。而當(dāng)土壤中水分含量低于預(yù)定值的時候,，法門中的水分會回到土壤中,，活塞失去下壓力上移，水流量增大,，從而實現(xiàn)對水流量的自動控制,。
二,、純機械自控閥門的設(shè)計
BURKERT寶德電磁閥閥門為基礎(chǔ)，以土壤水分張力為主要設(shè)計原理,。Irristat 閥門的自動控制主要是通過水分平衡原理來實現(xiàn)的,，借助真空壓力表的讀數(shù),，張力計能夠?qū)ν寥浪智闆r進行監(jiān)測,，以監(jiān)測結(jié)果為基礎(chǔ)來實現(xiàn)對閥門的自動化控制。在整個控制過程中,，張力計相當(dāng)于一個土壤溫度的傳感器，Irristat 閥門通過內(nèi)部凝膠吸水膨脹及失水收縮來判斷土壤中水分情況,，從而通過閥門來實現(xiàn)對水流量的自動化控制，實現(xiàn)灌溉自動化,，其不需要計算機和傳感器,，屬于一種無源自控閥門，通過純機械來實現(xiàn)閥門的自動化控制,。
德國寶德電磁閥控制原理及控制單元設(shè)計：
（一）純機械自控BURKERT寶德電磁閥的控制原理分析
純機械自控閥門的控制原理如下：閥門自動控制元件中存在濕敏材料，濕敏材料與土壤直接接觸,，當(dāng)土壤中水分含量增多的時候,，濕敏材料產(chǎn)生吸水膨脹作用,，從而給緩沖彈簧施加壓力，緩沖彈簧在壓力的作用下會移動并推動復(fù)位彈簧和閥芯進行運動,，閥芯運動的過程中其錐形面會逐漸封住進水口，實現(xiàn)閥門的自動關(guān)閉,，灌溉停止,。當(dāng)濕敏材料吸水膨脹的時候，如果其膨脹量比閥芯封堵進水口的移動量大,，則很可能導(dǎo)致閥芯錐形頭受到較大壓力,，甚至損壞閥芯,，而緩沖彈簧則能夠起到良好的緩沖作用,，避免閥芯錐形頭受到較大壓力,，實現(xiàn)對閥芯錐形頭的保護[3],。
（二）自動控制單元設(shè)計分析
通過上文中的分析可知,，緩沖彈簧主要起到對閥芯的緩沖保護作用，復(fù)位彈簧主要起到開啟閥門的作用,，閥門自動化控制的核心為彈簧,，下面對兩種彈簧的參數(shù)設(shè)定和設(shè)計方法進行分析：
1. 彈簧參數(shù)設(shè)定,。兩種彈簧采用相同的參數(shù),，主要包括彈簧的內(nèi)徑、外徑,、中徑、節(jié)間距,、螺旋升角以及彈簧絲的直徑,。對于彈簧的旋轉(zhuǎn)方向來說,，如果沒有特殊要求,，一般選擇右側(cè)旋轉(zhuǎn)。彈簧在不受壓力的情況下,，彈簧圈之間的間距應(yīng)當(dāng)為一定值，在受到壓力的時候,，彈簧會發(fā)生收縮變形,。在設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)考慮極限荷載的情況,，應(yīng)當(dāng)保證彈簧圈之間在極限荷載作用下一定的間距。
2.設(shè)計方法,。在對彈簧進行設(shè)計的過程中，要保證其能夠滿足閥門正常使用的尺寸要求和圈數(shù)要求,，同時要保證彈簧的穩(wěn)定性和可靠性,，這就涉及到彈簧剛度,、穩(wěn)定性以及強度的計算和確定。
（1）彈簧剛度計算,。彈簧剛度需要滿足閥門正常工作對彈簧變形量的要求,，從而計算出彈簧的具體參數(shù)，在彈簧絲直徑,、彈簧材質(zhì)相同的時候,，增加彈簧的圈數(shù)，彈簧的剛度會變小,，減少彈簧的圈數(shù),，彈簧的剛度會變大。
（2）彈簧強度計算,。在本純機械自控閥門設(shè)計中，所采用彈簧絲的升角在 5 度到9 度之間,，將升角設(shè)為 a，則可以求出,，a 的正弦值約等于 0，a 的余弦值約等于 1,，以此可以求出彈簧截面應(yīng)力的近似值：(12)42cdF+π。
BURKERT寶德電磁閥在上式中,，F(xiàn) 代表剪力，c 代表彈簧中徑與彈簧絲直徑的比值,，即彈簧指數(shù),，d 代表彈簧絲的直徑,，c 值過大,，則可能會對彈簧的穩(wěn)定性帶來不良影響，c 值過小,，則可能導(dǎo)致在卷繞的過程中彈簧絲出現(xiàn)彎曲，因此 c 值不宜過大也不宜過小,，在本設(shè)計中 c 的取值范圍為4-16。
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