A small three-way valve using particle excitation with piezoelectric transducers for hydraulic actuators

Abstract

Robots composed of hydraulic actuators have been utilized in various fields and at disaster sites. However, the hydraulic control system for multiple-degree-of-freedom mechanisms is large because such systems require many control components. The purpose of this research was to develop a small hydraulic flow control valve. This paper describes the fabrication and evaluation of a small three-way valve by particle excitation using a piezoelectric transducer. This valve consists of two transducers and can switch the inlet and outlet ports by applying an AC voltage of different driving frequencies to each transducer because each transducer has different resonant frequencies. The flow rate was controlled by applying a voltage to the piezoelectric transducer. We evaluated the vibration characteristics of the fabricated three-way valve. The vibration velocity exhibited peaks at 120 and 155 kHz for the inlet and outlet port, respectively, and that of each transducer increased with the applied voltage. Therefore, this three-way valve can switch the opening port by changing the driving frequencies and continuously controlling the flow rate. As a result, we have succeeded in driving the novel small three-way valve.     

Flow control valve for pneumatic actuators using particle excitation by PZT vibrator

This paper reports a new flow control valve for pneumatic actuators that has a lightweight and simple structure and uses particle excitation by PZT vibrator. The flow control valve in this report consists of an orifice plate which has plural orifices, PZT vibrator which is adhered on the orifice plate and iron particles. The valve is normally closed, because air flow carries the particles on to the orifice and particles seal the air flow. Because the orifice plate excitation by the PZT vibrator works to make the particles away from the orifice plate, the air flows through the orifices. It is driven at resonance mode and can be used as a variable speed controller for pneumatic actuators. The new flow control valve avoids the stopping shock of pneumatic actuators at the stroke ends while retaining the advantages of pneumatic actuators.     

呼吸机比例阀的控制与仿真

比例阀是呼吸机吸气模块中负责流量控制的重要组件,为了研究比例阀的特性和提高呼吸机吸气模块的流量跟踪效果,推导了比例阀阀芯位移与流量之间的关系,构建了比例阀的被控对象模型并采用S—函数在Simulink中实现了该模型;对模型进行简单的输入控制可以获得比例阀的瞬态特征和稳态特征,对模型输入采用PID控制和模糊PID控制方法均能够提高比例阀的响应速度;在两种控制方法中采用一致参数,分别在Simulink仿真和实验条件下对比两种方法的流量跟踪效果,可以验证相较于固定参数的PID控制方法,模糊PID控制方法更能有效降低流量的超调量从而保持气路中流量的稳定.     

基于AMEsim的液压支架大流量液控单向阀的建模和特性分析

简要介绍液控单向阀的结构和工作原理,利用AMEsim(工程系统仿真高级建模环境)软件建立液控单向阀的模型,根据液压支架用大流量液控单向阀的参数进行仿真,并对液控单向阀进行特性分析。     

Single-step replicable microfluidic check valve for rectifying and sensing low Reynolds number flow

This paper presents a new microfluidic check valve well suited for low Reynolds number flow rate sensing, micropump flow rectification, and flow control in lab-on-a-chip devices. The valve uses coupling between fluid movement in a channel and an elastomeric column (flap) suspended in the fluid path to generate a strong anisotropic flow resistance. Soft lithography-based molding techniques were used to fabricate the valve, allowing for a low-cost, single-step fabrication process. Three valves—having heights of 25, 50, and 75 μm, respectively—were fabricated and experimentally evaluated; the best of them demonstrated a maximum fluidic diodicity of 4.6 at a Reynolds number of 12.6 and a significant diodicity of 1.6 at the low Reynolds number of 0.7. The valve’s notable low Reynolds number response was realized by adopting a design methodology that balances the stiffness of the elastomer flap and adhesion forces between the flap and its seat. A pair of elastomer check valves integrated with a miniature membrane actuator demonstrated a flow rectification efficiency of 29.8%. The valve’s other notable features include a wide bandwidth response, the ability to admit particles without becoming jammed, and flow rate sensing capability based on optical flap displacement measurements.     

基于有限试验数据与流场仿真的套筒阀流量特性获取方法

为提高大口径套筒阀流量特性的获取效率以及准确性,提出一种基于有限试验数据与流场仿真分析相结合的套筒阀的流量特性获取方法。通过对套筒阀进行三维建模并以此建立流场仿真模型,以有限试验数据为参考对该模型进行优化使得仿真结果满足精度要求,进而通过流场仿真计算获取套筒阀的完整流量特性插值表。与目前常用的试验数据处理方法相比,该方法有效减少了对试验数据的需求量并保证了仿真精度。通过验证对比,以该方法获取的流量特性来计算的仿真流量与实际测量流量相比,最大误差不超过8%。     

微/纳米流体控制用冰阀器件执行过程的数值模拟

冰阀是一种利用微/纳米流道内流体自身的冻结/融化相变过程来实现关断或开启作用的新型流体元件.由于无运动部件、无泄漏、不会引起流体污染且易于实现电控等优点,该器件在微/纳米流体系统的控制中具有重要的应用前景.针对冰阀的工作原理,基于相应的流体力学及传热学数学模型,从数值计算角度对微流道冰阀器件的执行过程进行了模拟,并开展了相应的参数化研究,在此基础上可对冰阀的工作状态及控制过程更好地加以理解和剖析.     

基于数据挖掘的汽轮机主蒸汽调节阀特性建模研究

为降低汽轮机主蒸汽调节阀流量特性偏差对一次调频和AGC调整性能的影响,提出了基于生产数据建立阀门实际流量特性模型的算法。根据实际功率的需求通过模型的逆补偿实时调整阀门开度指令。采用最小二乘算法辨识模型参数,并同时基于模型参数符号对特征区间进行自动划分。模型辨识与特征区间划分交替迭代进行,最终获得满意的区间分段和各段模型。实例验证表明,所提出的方法能有效的建立阀门开度指令与实发功率之间的关系,较为准确表征阀门流量特性。     

烟草制丝线上调节阀流量特性的选择

介绍调节阀的控制原理,分析调节阀流量特性对控制系统的影响,结合烟草设备的工艺特性,提出烟草制丝设备上调节阀流量特性选择的原则。     

基于DSP的喷油器电磁阀驱动电路设计

根据柴油发动机喷油电磁阀在实际工作中电磁力与电流的关系,设计出一种基于TMS320F28035DSP的柴油机电控喷油电磁阀的驱动电路,以达到提高电磁阀开启与关闭速度、降低能耗和简化电路的目的;驱动电路利用28035DSP内部集成的比较器模块和EPWM模块实现多个电磁阀的驱动,电磁阀高端采用80V高压和24V低压双电源分时驱动技术,电磁阀低端采用电流反馈PWM调制控制技术;试验结果表明:驱动电路实现了12A峰值电流和4A保持电流的电流控制,电流波形满足电磁阀驱动特性,显著提升了电磁阀开启与关闭速度,降低了系统能耗。     

柴油机可调涡流比燃烧过程三维仿真

在柴油机进气歧管前安装蝶形涡流调节阀,通过调整直气道侧的有效流通面积改变缸内涡流强度。在稳流吹风试验平台,研究涡流调节阀角度对进气道流量因数和涡流比的影响,并结合粒子图像测速（particle image velocimetry,PIV）分析缸内涡流的形成过程。采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）评估涡流调节阀角度对缸内混合气体形成过程的影响,计算结果可复现三维 PIV测量的缸内流场结构和相似的涡心位置。随着进气门关闭,涡流比从0.57提高到2.05,油气在周向的相互作用增强,从而加速预混燃烧阶段的放热速度,促使燃烧重心提前、燃烧持续期缩短。在相同进气流量条件下,强涡流运动也促使累积放热量增加。     

基于GPRS和ZigBee的远程油阀控制系统

构建了基于GPRS网络和ZigBee无线通信技术的远程油阀控制系统。该系统的中央监控计算机根据流量调节要求,发送控制命令给ZigBee网络的终端节点。终端节点控制与油阀相连接的步进电机旋转,从而调节流量阀的流量。结果表明,此控制系统能够及时、精确地控制油阀的流量及开关等。     

基于虚拟仪器的电液比例方向阀静动态特性综合CAT系统

首次采用压力传感器构成压差反馈闭环控制,解决了电液比例方向阀稳态流量特性测试时阀压降恒定问题,使其在测试过程中阀压降波动控制在国标规定的5%以内.采用虚拟仪器技术实现了对电液比例方向阀的静动态综合特性测试,主要包括静态特性的稳态流量特性、压力增益特性、负载流量特性、流量压降特性和动态特性的频率特性、阶跃响应特性,并给出了某电液比例方向阀各种特性的实测结果.     

液体通过滑阀的阶跃响应的仿真研究

精确地了解滑阀的动态特性对液压控制系统的合理设计是很重要的。可是，滑阀的瞬变流体结构由于其非稳定性的复杂所以有关的信息较少。该文对流体通过滑阀的阶跃响应进行了数值解析计算。该研究所用的数值解析方法是先用等间隔的交错矩形网格。基于有限体积法将基础方程式离散化，然后用类似于SIMPLER法的迭代算法解离散化所得的差分方程组。压力差阶跃变化的情况下，做出了流动场随时间变化的流线图和流量及再附着点距离的时间变化图。数值计算结果说明了流体通过滑阀的阶跃响应可用具有不同的时间常数的指数函数来模拟。该文证实了理论模型和数值计算结果一致。     

国产新型智能阀门定位器的设计

智能型阀门定位器已经成为现代过程控制系统的关键设备之一。为了进一步提高定位器的控制性能,研制了一款新型全电子式智能阀门定位器,介绍了该款定位器的主要组成部分和关键核心技术。此定位器采用比例式压电阀作为气动放大与驱动部件,利用自适应等多种智能控制技术,提高了智能阀门定位器的定位精度和抗干扰性能。该定位器具有功耗低、集成度高和运行可靠性好等优点,推动了国产电子式智能阀门定位器产业的发展。     

某型连续式跨声速风洞阀门控制系统设计

针对某型风洞阀门数目较多,位置分散,空间较少等问题,为避免"硬接线"集中控制方式带来的诸多问题,采用一套PLC系统完成对各类阀门的控制,并由上位机通过PROFINET网络进行调度与指挥,实现远程控制;对阀门阀芯定位精度与流量调节精度的关系进行了推算,并据此选定了阀门电动执行机构型号;在已调试完成的某风洞的吹风试验表明,通过该方法所设计的阀门控制系统流量调节精度可达到0.1%。     

液体流量标准装置中调节阀后流速分布研究

为了解决调节阀对管道中流体的扰动问题,采用皮托管取压的方式对调节阀扰动后的流速分布进行了研究。通过改变皮托管沿管道径向深入管道的距离,对距离调节阀各管径处的水流流速进行了测量,得到了各距离的流速分布图。结果表明,10倍管径长度的直管段还不能够完全将调节阀扰动后的水流流速分布转变成以管道中心线为中心的对称流速分布。该试验结果为计量检定标准装置的设计、流量计的检定和校准等奠定了基础。     

A vapor based microfluidic flow regulator

We introduce a flow regulating technology that uses trapped air bubbles in a hydrophobic microfluidic channel. We present basic designs for flow regulators and flow valves using trapped air. Experiments have successfully demonstrated the capability of this technique for delivering constant and varying flow rate, and for on-off valving. This approach to valving provides a simple, yet effective way to monolithically integrate flow and valve control on polymer Lab-on-Chip devices.     

适应供油口压力变化的开关阀控制系统设计

以高速电磁开关阀控制系统的关键技术为研究对象,采用了理论分析与试验研究相结合的方法,深入分析了制约提高电磁高速开关阀控制特性的原因,提出了一种适应供油压力变化的电磁高速开关阀自适应双电压法,提高了电磁高速开关阀对供油压力变化的适应性。构建了自适应双电压法和以DSP为核心的高速电磁开关阀控制系统,并进行了相应试验。试验验证了本系统对于适应供油口压力变化的高速电磁开关阀能有效实现控制。     

基于LabVIEW的控制阀性能测试评估系统设计

控制阀在工业控制领域扮演十分重要的角色,但目前国内对控制阀性能测试评估系统的研究十分薄弱,并且常规的仪器仪表很难精确测试控制阀的性能;针对这种情况,基于NI compactRIO硬件、各类传感器以及LabVIEW软件开发设计了一套控制阀性能测试评估系统,该系统能实时检测、采集处理数据,能够把阀门性能测试过程中的数据自动保存与分析处理,实现了控制阀的在线测试和功能评估,并且可将控制阀各项性能指标评估结果汇集于一张类似体检单的报表显示,给阀门厂商的出厂测试、维修检测以及日常维护提供参考依据;采用该系统对某公司的直通气开式薄膜调节阀S9044进行了性能测试评估,实验结果表明,该系统能够全面、精确地测试出调节阀的各项性能指标,且系统软件交互界面良好、扩展性强、精度高。