基于膀胱尿液容量反馈的形状记忆合金驱动尿道阀研究

针对现有尿道阀存在引发尿道组织血液循环不畅甚至坏死等问题，提出一种基于膀胱尿液容量反馈的形状记忆合金(SMA)驱动尿道阀，建立尿道阀数学模型和有限元模型，仿真分析了尿道阀的压闭、反馈和驱动机构参数对启闭特性的影响，搭建模拟实验平台，实验研究了尿道阀的反馈调节特性和尿流率特性。结果表明，尿道阀原理可行，通过增大阀芯初始角、减小阀芯与尿道接触面积和膀胱支撑膜面积，均可改善尿道阀的启闭特性，尿流率达14 ml/s,与人体尿动力学规律相符；该研究可为适用于临床的尿道阀的设计提供指导，也可为其它人工括约肌的设计提供借鉴和参考。     

无线供电形状记忆合金驱动的尿道阀驱动特性研究

为了解决尿道括约肌损伤或神经功能障碍引起的重度尿失禁问题,设计了一种磁耦合谐振式无线供电形状记忆合金弹簧驱动的尿道阀。建立了尿道阀的驱动力模型和无线电能传输耦合模型,仿真分析了弹簧结构参数对驱动力的影响规律,通过实验研究了无线供电系统的控制参数和线圈结构参数对尿道阀驱动特性的影响规律以及尿道阀的启闭特性。研究结果表明,该尿道阀原理可行;增大弹簧线径,减小弹簧中径和匝数,增大信号源电压,增大线圈直径、线径和匝数以及合理设定信号源频率,均可提高驱动特性;尿道阀启闭特性良好。研究结果可为尿道阀结构设计提供依据,也可为人体其他括约肌自主控制的设计提供参考。     

膀胱动力泵尿道阀的设计及实验研究

运用电磁学理论和流体力学理论,建立了尿道阀的数学模型,利用该模型仿真分析了电流和气隙等不同因素对尿道阀特性的影响。通过仿真和实验对比,验证了所建立模型的有效性。在模拟实验系统上,探讨了尿道阀对膀胱动力泵排尿动力特性的影响,结果表明:增大电磁铁电流、减小电磁铁与尿道阀之间的气隙,有利于提高最大尿流率、缩短尿流时间。研究结果可为膀胱动力泵的特性分析和结构优化设计提供参考。     

旋风分离器料腿-翼阀系统排料特性的试验分析

在高6 m、直径160 mm的料腿-翼阀系统试验装置上,以FCC催化剂为固体颗粒物料,改变负压差和颗粒质量流率条件,采用压力传感器并结合试验现象监测记录,研究了料腿-翼阀系统的排料特性。试验结果表明:料腿内的静压力随料腿内轴向高度位置的增加而减小;料腿内的料封高度随颗粒质量流率的增大而减小,随负压差的增大而增大;负压差增大时,翼阀阀板的开启角度增大;颗粒质量流率的增大,使阀板开启角呈增大的趋势,同时阀板处的排料周期减小。通过对翼阀阀板的受力情况进行综合分析,得出了阀板开-关状态的判据。     

超声汽化蒸汽驱动的尿道阀的仿真与实验

针对尿道括约肌功能障碍引起的重度尿失禁问题,设计了一种超声汽化蒸汽驱动的尿道阀。运用超声学、热力学和磁学理论建立了尿道阀的数学模型,通过仿真和实验研究了超声控制参数对尿道阀驱动特性的影响规律,通过实验研究了尿道阀的启闭特性。结果表明：尿道阀原理可行,数学模型简单有效;增大超声波的声强、辐射面积和频率,均可提高尿道阀的驱动特性;尿道阀的启闭特性良好。     

深水测试防喷阀主密封副接触特性研究

为探讨深水测试防喷阀的阀座结构和密封副材料对密封性能的影响,考虑O形密封圈和流体静压对密封力的影响,建立深水测试防喷阀密封力学模型,分析在测试作业中的密封力学特性。建立密封结构的有限元模型,分析密封槽位置、密封面宽度、材料弹性模量、摩擦因数对密封比压和密封面上Mises应力的影响规律,并通过理论公式验证分析模型的正确性。研究表明:随着密封槽离密封面距离的减小,密封面中径附近的密封比压和Mises应力均增大,随着密封面宽度的增加密封比压和Mises应力均减小;阀座材料的弹性模量对密封比压和Mises应力的影响很小;随着摩擦因数的增大密封比压减小而Mises应力增大,当摩擦因数超过0.8后对密封比压和Mises应力的影响很小。研究表明,密封槽位置、密封面宽度和摩擦因数能够局部调节密封比压分布和密封面上的Mises应力分布。     

磁致伸缩执行器驱动的精密流量阀建模与仿真

提出了一种磁致伸执行器驱动的精密流量阀,该流量阀采用新颖的液压缸比例放大结构以提高磁致伸缩执行器的输出位移。论文针对目前磁致伸缩流量阀建模方法的局限性,通过分析阀的受力模型以及位移-阀口关系,得到电流-流量的数学模型,建立了磁致伸缩流量阀线性模型。最后,利用线性模型设计了流量阀的参数,并进行仿真实验。结果表明,磁致伸缩流量阀系统具有良好的开环特性,响应时间可达1 ms,具有控制精度高、响应速度快的特点。     

膀胱动力泵电磁驱动系统的优化设计

运用电磁铁设计理论和最优化理论,建立了膀胱动力泵电磁驱动系统优化设计模型。运用序列二次规划法求解模型,获得了最佳结构设计参数,据此建立了电磁驱动系统及膀胱动力泵三维模型。运用ANSYS Workbench仿真分析了电磁驱动系统的电磁驱动特性、温升特性和膀胱动力泵排尿动力特性,并进行了实验验证。结果表明,所建立优化设计模型和有限元仿真模型有效且实用;与优化前相比,电磁铁体积可减小65.45%,质量可减小60.25%,电磁驱动力提高2.09%,膀胱压峰值提高2.74%,尿流率峰值提高14.22%,温升仅增高1.64℃,改善了膀胱动力泵的排尿动力特性。研究结果可为设计便携、可靠及适用于动物和临床实验研究的膀胱动力泵提供理论与技术指导。     

基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力特性

介绍了超磁致伸缩材料的性能特点和利用国产超磁致伸缩材料研制的电-机械转换器,及喷嘴挡板阀的结构组成和工作原理,建立了数学模型。构建了基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力测试系统,试验研究超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力特性,得出了最佳控制压力时不同参数间的匹配关系。结果表明,基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀,具有较宽的控制压力特性,良好的线性度,较快的响应速度,为进一步将其应用于两级电液伺服阀提供了设计和试验依据。     

滚珠丝杠压扭型2D电液比例方向阀动态特性研究

提出了一种滚珠丝杠型压扭联轴器,该联轴器能将输出力放大约20倍,有效地解决了因比例电磁铁磁饱和造成直动比例方向阀无法实现大流量的问题。该联轴器将2D方向阀和比例电磁铁相连接,利用压扭放大驱动技术,将电磁力转化为阀芯左右两端不平衡的液压力,以克服摩擦力、卡紧力和液动力等非线性因素的影响。对主阀P-A处与导控级的压力分布和流场分布进行了仿真分析,理论与实验研究表明：压扭联轴器有效地放大了电磁力,在流量约为210L/min的情况下,阀的阶跃响应约为0.35s,该阀-90°频率为4Hz左右。叠加一定颤振对改善阀的阶跃响应不明显,但能较好保证阀芯位移与电磁铁位移之间的跟随性。     

永磁体内嵌式超洁净阀及其优化设计方法

面向半导体、生物医药、电子级化工等领域的超洁净流控需求,提出了一种新的永磁体内嵌式超洁净阀结构.将永磁体嵌入超洁净材料(如超纯全氟树脂)所制的阀芯内,通过阀腔外部的永磁体驱动阀芯启闭,从而实现液体介质的超洁净控制.阐述了该超洁净阀的工作原理及优势,对其流量-压损特性进行了仿真计算,并通过不同开口下流体介质对阀芯作用力与...     

大间隙磁力传动系统驱动规律的仿真研究

针对已提出的大间隙行波磁场驱动的磁力传动系统,采用现代计算技术和数值计算中的有限元理论,运用ANSYS软件的磁场分析功能,建立了磁力传动系统的实体模型和有限元模型,通过模拟永磁体的角位移和电磁体线圈的通电状态,对系统工作过程进行了仿真;研究了系统永磁体在转动过程中的受力情况和各参数对系统驱动能力的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流、永磁体外径和永磁体磁化强度,减小电磁体和永磁体间耦合距离,将电磁体和永磁体的相对位置沿x方向两侧(左侧或右侧)置于5 mm～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩。     

三自由度等刚度永磁弹簧的力学特性研究

设计出一种三自由度等刚度永磁弹簧,并根据单组永磁体结构,采用虚位移法建立其径向磁力解析模型,利用有限元方法对径向磁力进行了仿真计算。仿真结果和模型计算结果基本吻合。解析计算与仿真结果表明,该永磁弹簧的径向磁力随着径向位移的增加而增大,随着轴向位移的增大而减小。在永磁弹簧平动平面内,两个移动方向的刚度系数和垂直于平面中心的回转刚度系数均相等。在径向位移较小时,径向位移与弹簧刚度系数近似成线性关系。     

全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Matlab/Simulink建模仿真与煤矿井下现场试验相结合的方法,研究了全永磁驱动带式输送机在空载启动、满载启动、变载运行等工况下的矢量控制策略与机-电耦合动力学行为。结果表明：全永磁驱动带式输送机在多种工况下均能实现转矩与转速的快速响应和动态调节,具有良好的动态特性;多台电机间可维持功率平衡与同步传动,具有较强的抗干扰能力;永磁张紧装置可以实现张紧力动态调节,有利于提高带式输送机驱动效率、张紧响应速度以及整机协调可控性;全永磁驱动系统可实现对带式输送机的智能驱动与动态张紧,在机-电耦合动力学行为仿真试验与现场试验中得到的电机动态特性规律基本一致,表明其可满足煤矿井下带式输送机实际工况需求,具有较高的推广应用价值。     

Dynamic performance of high speed solenoid valve with parallel coils

The methods of improving the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve include increasing the magnetic force of armature and the slew rate of coil current, decreasing the mass and stroke of moving parts. The increase of magnetic force usually leads to the decrease of current slew rate, which could increase the delay time of the dynamic response of solenoid valve. Using a high voltage to drive coil can solve this contradiction, but a high driving voltage can also lead to more cost and a decrease of safety and reliability. In this paper, a new scheme of parallel coils is investigated, in which the single coil of solenoid is replaced by parallel coils with same ampere turns. Based on the mathematic model of high speed solenoid valve, the theoretical formula for the delay time of solenoid valve is deduced. Both the theoretical analysis and the dynamic simulation show that the effect of dividing a single coil into N parallel sub-coils is close to that of driving the single coil with N times of the original driving voltage as far as the delay time of solenoid valve is concerned. A specific test bench is designed to measure the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve. The experimental results also prove that both the delay time and switching time of the solenoid valves can be decreased greatly by adopting the parallel coil scheme. This research presents a simple and practical method to improve the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve.     

永磁悬浮非接触回转驱动系统

提出一种永磁悬浮非接触回转驱动系统,该系统由悬浮部分和非接触回转驱动两部分构成。悬浮部分采用运动控制方式,利用音圈电动机驱动永磁铁实现悬浮物竖直方向的稳定悬浮;回转驱动部分由直流伺服电动机驱动径向磁化永磁铁回转,形成变化磁场,非接触驱动悬浮物回转。本系统未在悬浮物中加入任何磁性材料,仅利用悬浮物表面剩余磁化点实现悬浮物的非接触回转驱动。介绍系统的悬浮与驱动原理,建立非接触驱动数学模型,并利用仿真与试验分析系统的回转驱动特性。分析结果表明：悬浮物的非接触回转驱动可以由伺服电动机驱动盘状永磁铁旋转来实现。铁球是否旋转与磁铁的数量无关;驱动磁铁的数量与系统的响应速度成正比,驱动磁铁的数量增多,输入速度和输出速度之间的线性度相对提高,旋转稳定。明晰本系统的非接触驱动特性,为隔离环境下铁磁性物品或零件的非接触操纵和姿态控制奠定了理论基础。     

Research on magnetorheological damper suspension with permanent magnet and magnetic valve based on developed FOA-optimal control algorithm

Due to the fail safe problem, it was difficult for the existing Magnetorheological damper (MD) to be widely applied in automotive suspensions. Therefore, permanent magnets and magnetic valves were introduced to existing MDs so that fail safe problem could be solved by the magnets and damping force could be adjusted easily by the magnetic valve. Thus, a new Magnetorheological damper with permanent magnet and magnetic valve (MDPMMV) was developed and MDPMMV suspension was studied. First of all, mechanical structure of existing magnetorheological damper applied in automobile suspensions was redesigned, comprising a permanent magnet and a magnetic valve. In addition, prediction model of damping force was built based on electromagnetics theory and Bingham model. Experimental research was conducted on the newly designed damper and goodness of fit between experiment results and simulated ones by models was high. On this basis, a quarter suspension model was built. Then, fruit Fly optimization algorithm (FOA)-optimal control algorithm suitable for automobile suspension was designed based on developing normal FOA. Finally, simulation experiments and bench tests with input surface of pulse road and B road were carried out and the results indicated that working performance of MDPMMV suspension based on FOA-optimal control algorithm was good.     

不同驱动方式下超纯水隔膜阀阀口流动特性研究

隔膜阀由于结构简单、密封性好、耐腐蚀和耐磨损等特点被广泛应用于流体控制系统中。超纯水隔膜阀隔膜一般由PTFE或PFA材料制成,在不同驱动方式的作用下隔膜产生不同程度的变形,从而导致阀口流动特性呈现明显差异。采用流固耦合的计算方法,研究了在手动和电磁两种驱动方式下,隔膜提升相同高度时的隔膜形变和阀口流动特性。结果表明,两种驱动方式的流量-压力系数均为线性关系,且电磁驱动隔膜阀流量-压力系数大于手动驱动;由于两种驱动方式作用下隔膜受力状态不同,导致电磁驱动隔膜阀的流量增益近似为恒定值,而手动驱动隔膜阀的隔膜发生了明显的偏置现象,其流量压力特性表现出明显的非线性特征。