新型阀用超磁致伸缩致动器结构设计与实验研究

为减小阀用超磁致伸缩致动器的体积,提出一种新型超磁致伸缩致动器,设计了其关键部件,最后通过实验分析了其静、动态特性.该新型超磁致伸缩致动器采用非磁性不锈钢套筒安装超磁致伸缩筒料和棒料的结构进行位移传递.设计了以碟簧为核心的预压机构、超磁致伸缩棒料和筒料、位移传递套筒、驱动线圈等超磁致伸缩致动器关键部件.实验表明,该致动器在工作区段最大输出位移可达100 μm,且在低频驱动(0 ～200 Hz)下动态特性良好.该新型超磁致伸缩致动器可以在保证与传统超磁致伸缩致动器低频输出特性基本一致的前提下减小了自身体积.     

超磁致伸缩致动器能量损耗特性分析

提出了超磁致伸缩棒内部平均磁场计算方法,结合动态J-A模型以及线圈阻抗公式得到了超磁致伸缩致动器的能耗特性。分析了超磁致伸缩棒能耗、线圈能耗以及超磁致伸缩致动器总能耗随频率的变化趋势。分析结果表明,超磁致伸缩棒以及线圈能耗均随着频率的增大而增大,而且超磁致伸缩棒能耗占超磁致伸缩致动器总能耗的比例会随着频率的增大而增大。计算了油冷条件下超磁致伸缩棒的表面温度,计算结果与实验结果较为吻合,证明了能耗模型的正确性。分析过程及方法为超磁致伸缩致动器的设计和控制提供了有益的参考。     

超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试

设计了超磁致伸缩致动器(GMA),对线圈尺寸及绕线进行了优化设计,并测试了超磁致伸缩致动器的静、动态特性。在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了GMA基本结构,并确定了偏置磁场的加载方式。研究了线圈尺寸参数对线圈轴线上磁场分布和线圈的电-磁转换效率两方面的影响,优化设计了线圈的尺寸;提出了线圈功耗表达式并分析了绕线直径对功耗的影响,择优选取了绕线。实验表明GMA具有较好的静态、动态特性,且GMA工作特性与设计参数相吻合,证明了线圈优化设计的合理性。     

超磁致伸缩作动器传热分析与温度场仿真

超磁致伸缩材料易受温度的影响,最佳工作温度范围为40～50℃。为保证超磁致伸缩作动器的工作性能,在理论分析超磁致伸缩作动器内部传热过程的基础上,利用COMSOL Multiphysics软件对超磁致伸缩作动器的内部温度场进行仿真,并依据仿真结果对冷却水的流速进行优化,最终确定优化后的冷却水流速为0.14 m·s^-1。在此流速下的超磁致伸缩材料棒的稳态温度能够维持在40～50℃,并且具有较大的平均值,能够保证超磁致伸缩作动器的工作性能。     

稀土超磁致伸缩致动器

研究稀土超磁致伸缩材料TbDyFe2合金的物理、机械性能,并根据此提出超磁致伸缩致动器的工作原理.根据TbDyFe2合金的磁学性能要求,分析励磁线圈及磁回路设计结构.通过对样机的设计、制作,归纳出稀土超磁致伸缩致动器的一般设计方法,并测试、验证部分理论分析结果.     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

喷油器用超磁致伸缩致动器多自由度模型

为满足高压共轨喷油器球阀的驱动要求,设计喷油器用超磁致伸缩致动器。考虑超磁致伸缩棒轴向磁场强度分布的不均匀性,计算磁场强度为电流和轴向尺寸的二元函数,并基于J-A模型、二次畴转理论和振动理论建立致动器的多自由度模型;确定合理的自由度取值,并给出模型的阶跃信号稳态响应解、状态空间形式,并采用Matlab软件进行求解;计算得到致动器直流稳态响应和低频正弦响应,并与试验结果对比验证模型的准确性;将油液负载近似为弹性-阻尼负载,利用文中的模型预测致动器在喷油器中的响应特性。结果表明,多自由度模型计算的直流稳态响应与试验结果误差较小,低频正弦响应曲线在形状和数值上与试验结果吻合,说明模型比较准确;经过模型计算,所设计的喷油器用致动器加载后输出位移大,响应时间快,能够满足驱动要求。     

稀土超磁致微致动器驱动电源实验研究

介绍了稀土超磁致伸缩微致动器的结构、工作原理，给出了基于功率MOSFET管的超磁致伸缩执行器驱动电源的电路，实验表明该驱动电源可以满足微致动器的工作需要。     

超磁致伸缩微致动器的磁场有限元分析

作为超精密隔振系统的核心部件，超磁致伸缩微致动器的工作性能直接影响隔振精度。在建立超磁致伸缩微致动器的轴对称模型的基础上．利用有限元方法对致动器的磁场进行分析，并通过数值积分方法计算在不同励磁电流下超磁致伸缩棒的伸长量，根据计算结果对致动器的线性工作范围作出了有效的估计。     

超磁致伸缩材料致动器用于开关式数字阀驱动的研究

开关式数字阀是一种新型的液压控制元件，其突出优点就是便于与计算机接口，可降低硬件成本。但长期以来开关式数字阀发展受到驱动器频响上限的制约，新发展的超磁致伸缩材料致动器具有较好的高频响特性。介绍并讨论超磁致伸缩材料致动器用于数字阀的相关问题。     

超磁致伸缩执行器线性驱动电源的设计

针对当前超磁致伸缩执行器驱动电源效率不高问题,采用连续调整型恒流源的原理,并选用功率MOSFET作为功率放大元件,研制出具有“轨-轨”输出特性的线性电流源型GMA驱动电源。实际测试的结果表明,其性能良好,可以满足驱动超磁致伸缩材料的要求。     

超磁致伸缩执行器的系统建模与控制技术

回顾了超磁致伸缩执行器的系统建模与控制技术的发展历程.归纳出超磁致伸缩执行器的基本设计思想.总结了近年来在传感器、执行器集成、磁滞非线性建模以及控制技术方面的主要研究成果,讨论了该领域尚待解决的问题.     

超磁致伸缩驱动器及有限元分析方法的研究

新型超磁致伸缩材料TbDyFe具有输出力大、位移分辨力高及位移范围大等特点,将其应用于微位移驱动器中,将极大的提高驱动器的性能指标,从而推动超精加工技术的发展.文中介绍了应用超磁致伸缩材料研制的驱动器的结构及性能,并利用有限元方法对建立磁-机械耦合模型进行分析,以利于计算机的模拟仿真,对驱动器进行分析及设计.     

双相对置超磁致伸缩驱动器输出位移的有限元分析

为了充分发挥超磁致伸缩材料的性能,提高超磁致伸缩驱动器的输出特性,提出了一种双相对置超磁致伸缩新型驱动器,介绍了新型驱动的结构组成与工作原理.在建立双相对置超磁致伸缩驱动器轴对称模型基础上,利用有限元法对驱动器的磁场分布进行了分析,并通过数值积分方法计算在不同励磁电流激励下超磁致伸缩棒的伸长量,并最终计算出驱动器的输出位移,根据计算结果对驱动器的线性工作范围做出了有效的估计.结果表明,新型驱动器具有更好的输出线性度和更大的输出位移.     

电控喷油器流量特性试验台的开发与试验分析

分析了电控喷油器的喷油过程和驱动电路形式对其流量特性的影响,详细介绍了所设计的喷油器流量试验台及其控制单元的组成及原理。以高阻型喷油器为例,在整个流量范围内对其进行测试并对测试数据加以分析总结,得出了该喷油器流量特性的一些重要参数。比较了电压和油压对流量特性的影响,并提出了相应的补偿措施。测试系统为喷油器的开发提供了一个良好的测试平台。     

一种气体燃料电控喷射系统的流量控制研究

针对气体燃料电控喷射系统对气体燃料喷射量的控制精度低以及流量实时连续调节等问题,提出一种基于电磁直线执行器直接驱动菌形阀的燃料电控喷射系统。在MATLAB/Simulink下建立整个系统的控制模型,仿真计算喷射装置在不同升程下的流量特性,同时对其内部的流场进行仿真,研究其在不同的供气压力下的稳态流量。仿真结果表明,系统的流量和喷射装置的升程以及供气压力成近似线性关系。因此可以通过控制升程的大小来实现流量的连续调节,搭建了气体燃料电控喷射系统的流量特性测试试验台。试验测试在升程分别为1~4 mm和供气压力0.02~0.05 MPa时的流量特性,和仿真结果相吻合,验证了模型的正确性,同时为燃料电控喷射系统的应用提供理论基础。     

Effects of different piezo-acting mechanism on two-stage fuel injection and CI combustion in a CRDi engine

In this study, the effects of two piezo injectors operated by different mechanisms on multi-injection and Compression ignition (CI) combustion were investigated. High-pressure injectors for CI engines are divided into two categories according to the actuator: Solenoid and piezo injectors. It is commonly known that both injectors have a hydraulic circuit for fuel injection; thus, the performance of the injector is highly dependent on not only hydraulic characteristics such as volume of internal chambers and nozzle geometry, but also the actuation mechanism. Specially, the direct needle-Driven piezo injector (DPI) is introduced in this study and compared with the indirectacting Piezo injector (PI) to investigate the injection characteristics and influences on CI combustion performance by using spray visualization, injection rate measurement, and single cylinder diesel engine experiments, as well as numerical simulation for injection rate modeling of DPI. In the spray visualization experiment, a high-speed camera was used to examine spray tip penetration length and spray speed with respect to each injector. Also, in order to investigate injection rate information, which is a significantly dominant factor in combustion characteristics, the Bosch-tube method was adapted under the condition of a back pressure of 4.5 MPa, corresponding to engine motoring pressure. Also, a single-cylinder CRDi (Common-rail direct-injection) engine experiment was carried out to determine the effects of different piezo-acting mechanisms on two-stage fuel injection and CI combustion. From the key results obtained by this study, the direct needle-driven piezo injector has a faster SOI (Start of injection) and EOI (End of injection). In addition, the overall shape of the injection rate of DPI was narrow and the injection had a higher spray speed than that of PI. Also, DPI has a higher heat release rate and peak pressure, as verified by the engine experiment. In particular, it was found that DPI showed the possibility of combustion improvement when applying a pilot injection strategy.

     

超磁致伸缩驱动器的输出特性研究

介绍了超磁致伸缩驱动器结构及其内部磁路的设计方法,对采用国产材料研制的驱动器位移及力的输出特性进行了测试。试验结果表明,该驱动器具有理想的动态和静态输出精度和输出范围,可以用于精密设备的低频主动隔振平台中。     

A giant magnetostrictive actuator based on use of permanent magnet

The giant magnetostrictive actuator has some unique performances, such as precision position resolution, several kilonewtons of force output, fast frequency response, etc., so it is suitable for the field of ultraprecision measurement and ultraprecision machining. Due to the effect of temperature, the displacement of traditional giant magnetostrictive actuator based on the use of electromagnetism transforming must present nonlinearity. For avoiding this problem, a kind of giant magnetostrictive actuator based on the use of permanent magnet is present in this paper. The driving magnetic field generated by permanent magnetic field can avoid skin effect and eddy current caused by electromagnetism transforming mode for giant magnetostrictive actuator and the performances of actuator are better than that based on electromagnetism transforming. The structure and principle about this driving mode are described in this paper and the value and uniformity of magnetic field affected by some key parameters are mainly discussed in this paper. At last, through several experiments of displacement and creep, it is verified that the driving mode of actuator based on use of permanent magnet is advanced.     

一种基于超磁致伸缩材料的发音头盔

在分析了超磁致伸缩材料工作特性的基础上,提出了一种基于超磁致伸缩材料的发音头盔。介绍了发音头盔的工作原理和结构,超磁致伸缩驱动器以及在头盔中固定机构的设计。该发音头盔极大地提高了头盔的使用性能,具有广阔的推广应用前景。