姜娉婷 楊雨辰 楊鎮(zhèn)尚

摘要：本項目擬研制一種新型的電磁單向閥，該單向閥具有簡便實用、智能控制、可快速反應、對水產(chǎn)品無傷的特點。其主要的內(nèi)容包括裝置中單向閥門和長形電磁鐵的結構配合設計、單向閥門的選擇、單向閥片的設計、長距離作用電磁鐵的研制、快速反應放大電路模塊部件的選擇和設計、智能控制模塊的設計、防腐蝕設計等。

關鍵詞：單向閥；無傷通過；步進式旋轉(zhuǎn)電磁鐵；遠程控制

一、項目背景及研究意義

隨著當前人力成本增加與勞動力的缺乏，工廠化養(yǎng)殖已經(jīng)成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展趨勢[1]。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，最重要的是要使水循環(huán)系統(tǒng)能根據(jù)命令快速做出反應，控制水流的單向通斷，而且不能傷害所養(yǎng)殖的對象。二位二通的電磁閥都是單向閥，然而，它們中的大部分反向來用可能有會出現(xiàn)關閉不嚴、閥桿式對方向不敏感等問題[2]。電磁閥實現(xiàn)單向通過的控制是通過其復雜的結構來實現(xiàn)的，當前已有相關產(chǎn)品往往存在結構復雜、價格不菲等各種缺陷。因此，市場上目前沒有簡便實用且反應快速的可以使水產(chǎn)品無傷通過的單向閥[3]。

二、項目內(nèi)容

本項目擬解決的關鍵問題有：單向閥門和電磁鐵的結構配合設計，這是單向無傷電磁閥的核心。其次是長距離電磁鐵的選擇與設計，一般電磁鐵作用距離較短，無法直接吸引單向閥片從而控制閥門通斷，這就需要選擇出電磁鐵，通過設計其特殊結構來實現(xiàn)其長距離作用。擬解決的關鍵性的困難問題如下：

1）閥門的靈敏反應與迅即通斷控制。

2）滿足通過物質(zhì)的無損傷要求。

三、裝置原理

（一）閥門的理論研究

執(zhí)行器的核心是動力裝置，即動力裝置是閥門設計的前提[4]。通過對直動電磁閥、分步直動式電磁閥和先導式電磁閥工作原理及性能的對比與分析，選用了可編程控制任意角度的步進式旋轉(zhuǎn)電磁鐵。

（二）閥門控制模塊

1.閥門工作原理

控制部件為長形電磁鐵和步進式旋轉(zhuǎn)電磁鐵，選用了五相步進角每步進角為0.72度，力矩1 N.m，閥瓣在承受4000帕水壓的情況下能正常工作的步進式旋轉(zhuǎn)電磁鐵。

具體工作步驟如下：1）步進電機進125步（即90度）后停止；2）電磁鐵通電，緊吸住閥瓣；電磁鐵斷電；3）壓力作用下，閥瓣開啟；4）步進電機配合控制流量。在過程中通過按鈕或遙控控制，即可實現(xiàn)可變步數(shù)控制控制不同的流量。

2.控制模塊的分析與選擇

對于遠程遙控控制，由于閥門的工作環(huán)境的限制，我們可以通過無線App智能控制的制作，實現(xiàn)隨時隨地手機只能控制。我們對控制模塊進行了改造引，進WiFi模塊（WiFi模塊又名串口WiFi模塊，屬于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層，功能是將串口或TTL 電平轉(zhuǎn)為符合WiFi無線網(wǎng)絡通信標準的嵌入式模塊，內(nèi)置無線棧。傳統(tǒng)的硬件設備嵌入WiFi模塊可以直接利用WiFi聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)，是實現(xiàn)無線智能家居、M2M等物聯(lián)網(wǎng)應用的重要組成部分）[5]。最終實現(xiàn)通過wifi模塊與手機結合聯(lián)網(wǎng)，在手機上實現(xiàn)對閥門的控制。

（三）模型的組裝優(yōu)化

最終我們把用PROE設計出來的閥體通過3D打印機制作出實物模型（如圖1），與步進式旋轉(zhuǎn)電磁鐵組合安裝，初步實現(xiàn)了遠程智能閥體的開關控制。（如圖2）

四、總結

本裝置為一種新型的電磁單向閥，該單向閥具有簡便實用、能長距離作用、可快速反應、對水產(chǎn)品無傷等特點。一般而言，具有閥瓣的蝶閥類型，相對于具有閥芯類型的電磁單向閥而言，其通道更為寬廣和流暢，物料通過時較為順暢而不易堵塞，本裝置的目的在于解決當前已有技術的缺陷和不足之處，設計了一種由兩組不同類型的電磁鐵控制閥瓣運動的蝶閥，具有流道寬敞，開啟、關閉迅速的特點。

參考文獻：

[1]我國海蜇產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J].中國漁業(yè)經(jīng)濟，2015（30）：108112.

[2]鄭雄勝.漁業(yè)機械化概論[M].武漢：華中科技大學出版社，2015.

[3]張顯良.中國現(xiàn)代漁業(yè)體系建設關鍵技術發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].海洋出版社，2011.

[4]陸培文.實用閥門設計手冊[S].機械工業(yè)出版社，2012.

[5]遠坂俊昭，彭軍.測量電子電路設計[M].北京：科學出版社，2014.

作者簡介：姜娉婷（1995），女，漢族，遼寧丹東人，大連理工大學盤錦校區(qū)海洋科學與技術學院2014級海洋技術專業(yè)在讀本科生；楊雨辰（1996），女，回族，天津人，大連理工大學盤錦校區(qū)海洋科學與技術學院2014級海洋技術專業(yè)在讀本科生；楊鎮(zhèn)尚（1995），男，漢族，福建漳州人，大連理工大學盤錦校區(qū)海洋科學與技術學院2014級海洋技術專業(yè)在讀本科生。