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摘要：随着水处理行业的发展，一种端面密封的水处理多功能控制阀应用越来越广泛，从手動控制到自动控制，再到产品向智能化方向发展。这对控制阀的电控、动力部分以及机械结构扭矩的稳定性要求越来越高。因此，借助动态扭矩仪对控制阀扭矩实现过程进行研究，设计制作了一套全自动装配设备，并在生产线上成功应用。
关键词：扭矩;动态扭矩仪;端面密封;水处理多功能控制阀
随着人类生活水平的提升以及环保的要求，生活用水、生产用水、可排放废水的处理越来越重要。在水处理的过滤、吸附、阻垢、反渗透的装置中，水处理多功能控制阀作为核心部件，能改变水的流动方向实现特定功能。陶瓷端面密封的“润新阀”市场占有率约70%。“润新阀”经过不断的技术革新，从手动控制到自动控制再到物联网控制，功能集成到智能反冲、防泄漏，带动了水处理行业的发展和普及。产品的技术进步，需要依托产品控制与动力系统到机械结构的稳定性，所以水处理控制阀的动密封机构的旋转扭矩需要可测量、可控制、可自动实现。
1 端面密封水处理多功能控制阀的扭矩实现
端面密封，采用一定面积的高平面度两平面的贴合，能起到密封阻流作用。从而将多个阀门紧密地集中在一个阀体上，呈平面圆周布置。“润新阀”在阀体内径向固定一个高平面度的定密封片，通过手柄或电机带动拨叉从而带动高硬度、高平面度的陶瓷动密封片与定密封片旋转。
旋转过程中受力分析，主要为：
（1）拨叉旋转受到与压紧螺母的密封圈的摩擦力。
（2）拨叉带动动密封片旋转与定密封片之间的摩擦力，动、定密封片的摩擦力主要受水压作用在动密封片上的力和定密封片与阀体密封的橡胶的回弹力影响。
从而产生拨叉旋转的扭矩，不同的控制阀的扭矩不同，一般在3～10N.m之间。
2 扭矩的测量、控制与自动实现方案
根据动态扭矩仪的测量和使用要求，应用到水处理控制阀扭矩实现过程中，需要在控制阀装配的压紧螺母预紧过程中，对拨叉旋转的扭矩进行动态测量和控制。所以实现的方案为一台全自动装配设备，包括压紧螺母止转装置、阀体旋转组件、扭矩测试组件和拨叉扳手组件。阀体旋转组件由伺服电机带动阀体组件及定片;拨叉扳手组件包括弹簧及连接轴，在连续转动过程中连接拨叉花键，带动阀体组件及动片;压紧螺母止转装置包括齿形扳手固定压紧螺母，使其旋入阀体将动片、定片压紧;在压紧过程中，扭矩测试组件动态测试旋转拨叉带动动片的扭矩，当达到设定扭矩时即停止阀体旋转组件，各动作复位。
全自动装配装置主要是利用plc、伺服电机、气缸、光电尺等提供自动动作信号和动力;利用伺服电机带动工作盘旋转，带动阀体自动旋转，同时气缸带动螺母齿形扳手下降并自动与旋转阀体螺母相应位置配合，使螺母相对于阀体旋转实现螺母自动安装的效果;当伺服电机快速旋转到设定位置时，扭矩检测系统下降并利用自身旋转功能自动与阀体的拨叉工件相对应位置配合，从而带动阀体拔插旋转，通过扭矩测试仪采集测试数据，并与人机界面屏幕里面设定值相比对，控制伺服电机是否继续运行，或者按照设定的速度运行，直至达到设定的数值时，完成阀体的标准安装。
3 控制系统
控制系统采用三菱PLC，扭矩测试组件和阀体旋转组件采用伺服电机，压紧螺母止退装置移动采用气缸，上位采用一台威纶通触摸屏，实现在工作区域内方便操作设置和监控。
双工位控制系统原理图如图3所示。
（2）A、B每个工位，实现根据控制阀扭矩要求进行设定，位置、速度可调。每个工位一套双控开关和复位开关。
（3）控制压紧螺母止退组件的气缸和阀体旋转组件的伺服电机，可控制旋紧过程的速度、位置。
（4）在压紧螺母与阀体旋紧过程中，实现拨叉扭矩测试组件连续测试扭矩。
（5）达到设定扭矩，即各动作复位，包括扭矩测试组件复位、压紧螺母止退组件复位、阀体旋转组件复位。
（6）异常报警的输入包括移动达到最大限位、扭矩超过上限、周期时间超过上限、急停。
4 结语
本设备依照产品装配特性，设定相应程序，通过更换螺母齿形扳手和拨叉齿形套即可实现各类阀体的装配，通用性强。确保产品装配后的拔叉带动动片旋转的扭矩值量化并保持可控，这样可使手动水处理控制阀用户得到良好的旋转手感、保障自动水处理控制阀电机的负载，确保产品质量。以前此道装配工序是利用简易的旋螺母装置将螺母快速旋转到一定位置，然后再利用员工手工逐个调整拨叉带动动片旋转的扭矩，全过程都是人工凭感觉完成调整工作，这样效率慢而且每只阀体调整出来的扭矩都是不固定的，无法实现扭矩值量化标准化。
参考文献：
[1]冯敏.现代水处理技术（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2012：5056.
[2]Xiaorong Wu，Fengyang Ding，Runde Yang.MULTIRUNCTIONAL FLOW CONTROL VALVE ROR WATER TREATMENT SYSTEMS[P].美国，2009：US7549446B2.
[3]段翔兮，佃松宜，向国菲，王延博，刘飞佚.采用动态扭矩传感器的双电机同步性能检测系统[D].四川：四川大学，2016.
[4]伍孝荣，伍先水，杨润德.一种全自动水处理控制装置[P].中国，2007：ZL200720045551.5.
关键词：扭矩;动态扭矩仪;端面密封;水处理多功能控制阀
随着人类生活水平的提升以及环保的要求，生活用水、生产用水、可排放废水的处理越来越重要。在水处理的过滤、吸附、阻垢、反渗透的装置中，水处理多功能控制阀作为核心部件，能改变水的流动方向实现特定功能。陶瓷端面密封的“润新阀”市场占有率约70%。“润新阀”经过不断的技术革新，从手动控制到自动控制再到物联网控制，功能集成到智能反冲、防泄漏，带动了水处理行业的发展和普及。产品的技术进步，需要依托产品控制与动力系统到机械结构的稳定性，所以水处理控制阀的动密封机构的旋转扭矩需要可测量、可控制、可自动实现。
1 端面密封水处理多功能控制阀的扭矩实现
端面密封，采用一定面积的高平面度两平面的贴合，能起到密封阻流作用。从而将多个阀门紧密地集中在一个阀体上，呈平面圆周布置。“润新阀”在阀体内径向固定一个高平面度的定密封片，通过手柄或电机带动拨叉从而带动高硬度、高平面度的陶瓷动密封片与定密封片旋转。
旋转过程中受力分析，主要为：
（1）拨叉旋转受到与压紧螺母的密封圈的摩擦力。
（2）拨叉带动动密封片旋转与定密封片之间的摩擦力，动、定密封片的摩擦力主要受水压作用在动密封片上的力和定密封片与阀体密封的橡胶的回弹力影响。
从而产生拨叉旋转的扭矩，不同的控制阀的扭矩不同，一般在3～10N.m之间。
2 扭矩的测量、控制与自动实现方案
根据动态扭矩仪的测量和使用要求，应用到水处理控制阀扭矩实现过程中，需要在控制阀装配的压紧螺母预紧过程中，对拨叉旋转的扭矩进行动态测量和控制。所以实现的方案为一台全自动装配设备，包括压紧螺母止转装置、阀体旋转组件、扭矩测试组件和拨叉扳手组件。阀体旋转组件由伺服电机带动阀体组件及定片;拨叉扳手组件包括弹簧及连接轴，在连续转动过程中连接拨叉花键，带动阀体组件及动片;压紧螺母止转装置包括齿形扳手固定压紧螺母，使其旋入阀体将动片、定片压紧;在压紧过程中，扭矩测试组件动态测试旋转拨叉带动动片的扭矩，当达到设定扭矩时即停止阀体旋转组件，各动作复位。
全自动装配装置主要是利用plc、伺服电机、气缸、光电尺等提供自动动作信号和动力;利用伺服电机带动工作盘旋转，带动阀体自动旋转，同时气缸带动螺母齿形扳手下降并自动与旋转阀体螺母相应位置配合，使螺母相对于阀体旋转实现螺母自动安装的效果;当伺服电机快速旋转到设定位置时，扭矩检测系统下降并利用自身旋转功能自动与阀体的拨叉工件相对应位置配合，从而带动阀体拔插旋转，通过扭矩测试仪采集测试数据，并与人机界面屏幕里面设定值相比对，控制伺服电机是否继续运行，或者按照设定的速度运行，直至达到设定的数值时，完成阀体的标准安装。
3 控制系统
控制系统采用三菱PLC，扭矩测试组件和阀体旋转组件采用伺服电机，压紧螺母止退装置移动采用气缸，上位采用一台威纶通触摸屏，实现在工作区域内方便操作设置和监控。
双工位控制系统原理图如图3所示。
（2）A、B每个工位，实现根据控制阀扭矩要求进行设定，位置、速度可调。每个工位一套双控开关和复位开关。
（3）控制压紧螺母止退组件的气缸和阀体旋转组件的伺服电机，可控制旋紧过程的速度、位置。
（4）在压紧螺母与阀体旋紧过程中，实现拨叉扭矩测试组件连续测试扭矩。
（5）达到设定扭矩，即各动作复位，包括扭矩测试组件复位、压紧螺母止退组件复位、阀体旋转组件复位。
（6）异常报警的输入包括移动达到最大限位、扭矩超过上限、周期时间超过上限、急停。
4 结语
本设备依照产品装配特性，设定相应程序，通过更换螺母齿形扳手和拨叉齿形套即可实现各类阀体的装配，通用性强。确保产品装配后的拔叉带动动片旋转的扭矩值量化并保持可控，这样可使手动水处理控制阀用户得到良好的旋转手感、保障自动水处理控制阀电机的负载，确保产品质量。以前此道装配工序是利用简易的旋螺母装置将螺母快速旋转到一定位置，然后再利用员工手工逐个调整拨叉带动动片旋转的扭矩，全过程都是人工凭感觉完成调整工作，这样效率慢而且每只阀体调整出来的扭矩都是不固定的，无法实现扭矩值量化标准化。
参考文献：
[1]冯敏.现代水处理技术（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2012：5056.
[2]Xiaorong Wu，Fengyang Ding，Runde Yang.MULTIRUNCTIONAL FLOW CONTROL VALVE ROR WATER TREATMENT SYSTEMS[P].美国，2009：US7549446B2.
[3]段翔兮，佃松宜，向国菲，王延博，刘飞佚.采用动态扭矩传感器的双电机同步性能检测系统[D].四川：四川大学，2016.
[4]伍孝荣，伍先水，杨润德.一种全自动水处理控制装置[P].中国，2007：ZL200720045551.5.