半柔性阀压电泵理论与实验

根据静脉瓣结构形式,设计了一种半柔性阀压电泵。首先,介绍了半柔性阀压电泵的结构及工作原理;其次,对阀体进行了理论分析;最后,加工了实验样机,对样机进行性能测试实验。实验结果表明:在驱动电压为220V、频率为7Hz时,半柔性阀压电泵的进出口压差可达到199mm;在驱动电压为220V、频率为11Hz时,半柔性阀压电泵的实验流量为44.5ml/min。随着驱动电压的升高,工作频率与流量出现单峰与双峰的现象。该研究证明了半柔性阀压电泵具有泵的功能并可以实现有阀和无阀状态,验证了其有效性和理论分析的正确性。     

整体开启阀与悬臂梁阀压电泵性能研究

设计了两种形式的被动截止薄膜阀一整体开启阀与悬臂梁阀,对两种形式阀的过流特性进行了理论分析,并应用两种形式的阀体制成了双腔串联压电泵的样机.对样机的实验测试表明,整体开启阀压电泵的自吸能力和输出流量都要好于悬臂梁阀压电泵.在200V交流电压驱动下,前者的最大自吸高度和输出流量分别为430 mm水柱和972 ml/min,而后者为410 mm水柱和480 ml/min.     

钹型开槽式阀压电泵的设计

由于有阀压电泵内部阀体所受应力过大易导致阀体失效,本文提出了钹型开槽式截止阀来减小有阀压电泵内部阀体所受应力。基于钹型开槽式截止阀设计了有阀压电泵,分析了钹型开槽式阀压电泵的工作原理。对钹型开槽膜片进行了受力分析,研究了该压电泵的输出性能及耦合作用下的膜片应力。加工制作了钹型开槽式阀压电泵样机,建立了钹型开槽式阀压电泵的有限元模型,数值计算了流固耦合作用下的阀体应力值。计算结果表明:在压电泵正常输出的驱动频率范围内,当驱动频率为418Hz时,膜片所受应力的计算值也达到最大,为81.74 MPa。最后,进行了压电泵性能试验。试验结果显示:该压电泵的输出流量最大值和振子振幅最大值均出现在低频段;当驱动电压为160V,驱动频率为5Hz时,输出流量达到最大,为6.6g/min;驱动频率为4Hz时,压电振子振幅达到最大,为165.8μm。文中的研究验证了钹型开槽式阀体压电泵的有效性,并得出当钹型开槽式阀压电泵工作在低频段时,阀门所受应力远小于高频段时阀门的应力值。     

螺旋线形阀压电泵单臂阀和双臂阀的性能比较

为拓展有阀压电泵的应用,开发了输出性能优于传统有阀压电泵的螺旋线形阀压电泵,同时设计了单臂螺旋线形弹性固支阀和旋转对称(双臂)螺旋线形固支阀两种结构形式。首先介绍了两种结构阀压电泵及阀的结构,然后比较了两种泵的流量公式,结合实验结果分析了当流体密度、黏度及阀材料的切变模量、阀的曲臂宽和曲臂厚等参数变化时,两种阀的适用性。结果显示当流体密度ρ1和运动黏度υ、阀材料的切变模量G、阀曲臂厚b较大时,可优先选用双臂阀压电泵,当阀曲臂宽a较大时可优先选用单臂阀压电泵。     

阀参数对螺旋线形阀压电泵输出性能的影响

为了提高拟悬臂梁结构的螺旋线形阀压电泵输出性能,探讨了阀的几何参数和阀的材料参数与泵输出量之间的优化关系。首先,推导了泵流量输出与阀几何参数关系式;然后,在该理论指导下,通过多组试验研究了阀的几何参数对泵输出的量的影响关系,得出选用适当的螺旋极角以及适当降低阀的臂宽和厚度可以提高压电泵的输出;最后,对关键元器件螺旋线形阀材料参数的选用进行了比较,得出选用较低切变模量的阀材料可以提高压电泵输出。试验结果表明:要获得较高的泵流量,阀的极角取值为1.5π、阀厚度取值为0.1mm时最佳,而流量受臂宽的影响呈单边的趋势性不明显;相同条件下,由于铍青铜的材料切变模量小于弹簧钢的材料切变模量,铍青铜阀压电泵的输出流量高于弹簧钢阀压电泵的输出流量。     

螺旋线形阀压电泵的理论与试验研究*

有阀压电泵在精细化工、MEMS、生物医学工程等领域具有重大应用前景。为了克服有阀压电泵结构复杂、跟从与截止性差、成本高等缺点,设计一种异形拟悬臂梁结构的螺旋线形弹性固支阀,其螺旋臂长是简单悬臂梁阀的数倍,工作时开启度大,且因其螺旋线形弹性结构,阀体不仅可以上下回位,左右也具有对中功能,并把这种阀安装在有阀压电泵的泵腔内形成螺旋线形阀压电泵。在深入分析有阀压电泵优缺点的基础上分析螺旋线形阀压电泵的工作原理,依照泵内部能量传递的路径建立压电驱动(电压、频率)为输入与泵流动(流量、压差)为输出之间的关系式,加工试验样机,并进行性能测试试验,螺旋线形阀压电泵具有泵功能,证明了其有效性和理论分析的正确性。试验结果表明：随着驱动电压的增大,泵的输出流量和压差呈上升趋势,这个结果与Matlab数值仿真计算结果趋势一致。在电压为220 V、频率为30 Hz时,得到仿真流量41.26 mL/min,实际试验流量为10.2 mL/min,误差75.3%;在电压为220 V、频率为20 Hz时,得到仿真流量27.51 mL/min,实际试验流量为22.8 mL/min,误差17.2%。     

双腔薄膜阀压电泵的实验研究

实验研究了理论所不能解释的多种因素对双腔压电泵输出流量的影响规律。选取了一种高效的橡胶薄膜阀片,设计并制作了具有较高输出能力的双腔泵样机。120 V交流信号下,双腔串联压电泵最佳工作频率为180 Hz,输出参数为520 ml/min、22 kPa;双腔并联压电泵最佳工作频率为420 Hz,输出参数为980 ml/min、28 kPa。通过实验确定了双腔压电泵的最佳腔体高度及双腔串联、并联压电泵压电片的最佳驱动方式。     

对称螺旋线形阀压电泵的研究

为克服单臂螺旋线形阀压电泵单臂阀运行时侧向力造成的阀体在开启与关闭中倾斜而产生的负面影响,有效地发挥螺旋线形阀压电泵阀体"慢开启、快关闭"的优势,首先,构造了悬臂固支旋转对称双臂阀体结构,并针对该阀体设计了对称螺旋线形阀压电泵;然后,进行了悬臂固支旋转对称双臂阀体的力学分析,并据此进行了泵流量关系式的解析;最后,利用实际样机进行了单臂阀与旋转对称双臂阀的阀参数对泵参数影响的试验研究。试验结果表明:在输入电压为220 V、频率为10 Hz时,旋转对称双臂阀的臂宽为0.3 mm时的泵流量最高,达到124.2ml/min;旋转对称双臂阀泵比单臂阀泵流量提高1.25~2.84倍;对称阀的进出口阀臂宽不同时的泵流量大于阀臂宽相同时的泵流量,且进口阀臂宽大出口阀臂宽小时的泵流量大于进口阀臂宽小出口阀臂宽大时的泵流量。     

压电泵用截止阀设计与性能测试

为设计出适用于压电泵的被动截止阀,对压电泵用阀的设计要求和阀的工作条件进行了理论分析与阐述,并应用上述理论分别设计了悬臂梁阀、轮式平板阀和伞形橡胶阀等三种不同的结构压电泵用阀。理论分析了三种阀的静态过流特性,确定了各种结构尺寸因素对阀工作性能的影响。建立了测试被动截止阀性能的试验方法,并对所设计的三种阀的最小开启压力和静态过流能力进行了试验测试。试验结果表明,所设计的三种阀在0.2 kPa工作压力时都已开启工作,在静态过流能力上橡胶伞形橡胶阀与轮式平板阀比较接近,悬臂梁阀最差。将三种阀安装在结构相同的压电泵中,测试了安装三种阀泵的输出能力,结果显示,安装伞形橡胶阀压电泵的输出流量最大,轮式平板阀次之,悬臂梁阀最差。     

内外不等锥度的软质锥壳形单阀体压电泵的原理与试验研究

传统压电泵不能胜任医疗、卫生、保健等领域输送任务,主要是因为有阀泵阀体开闭的两次撞击效应致使活体细胞死亡率上升及无阀泵的非阀类单向流动部件产生的湍流与涡旋致使长链高分子发生缠绕失效.为了能够同时实现减小阀体开闭撞击效应及增大输出流量和压力,提出一种利用内外不等锥度的软质锥壳形单阀体结构的新型被动阀压电泵.提出内外不等锥度的软质锥壳形单阀体压电泵的结构实施方案;对内外不等锥度的软质锥壳形阀体进行对阀体表面挠度随着压力变化而发生变化的理论分析;对内外不等锥度的软质锥壳形单阀体压电泵进行试验验证.试验表明:在150 V峰值电压,475 Hz频率下驱动时,内外不等锥度的软质锥壳形单阀体压电泵的进出口压差可达到170 mm.并实际测得压差随电压的变化曲线,在一定范围内,压差随电压的升高而升高.     

主动先导级控制的电液比例流量阀建模与仿真

高精度电液比例流量阀是很多重大机械装备中电液控制系统的核心部件，但采用压差补偿器或流量传感器控制流量，会降低阀的通流能力，增加系统功率损失和发热。因此，提出利用电机驱动液压泵作为先导级，连接Valvistor主阀，构造新的高精度电液比例流量阀，使主阀流量与先导流量成正比，其无论压差大小、正负皆可输出稳定的先导流量，达到提高流量阀的低压可控性和动态响应特性的目的。建立了新电液比例流量阀的数学模型，并建立其AMESim模型，对该阀的静动态特性的影响进行计算仿真分析，为进一步优化新电液比例流量阀结构提供依据。     

Imaging conductive materials with high frequency electrical capacitance tomography

Electrical capacitance tomography (ECT) is known as an imaging technique for dielectric permittivity imaging. A novel ECT sensor model at a high excitation frequency is proposed to examine the capability of the ECT system to image both conductivity and permittivity contrasts. The proposed model uses a complex impedance forward model for the ECT system. This new model indicates that in higher excitation frequency both conductive and dielectric imaging may be feasible. Normally, capacitance tomography is designed for the measurements of imaginary part and resistance tomography is used to take the measurements of real part. The drawback of a typical capacitance tomography at a low excitation frequency, such as 200 kHz is that it cannot be used to measure the conductive phase of a conductive/dielectric mixed fluid, e.g. the gas/water flow. By increasing the excitation frequency, the capacitive impedance of the conductive material decreases and dielectric phenomena of the conductive fluid dominates so that it is possible to use capacitance tomography to characterise the dielectric/conductive flows. This paper presents a development of capacitance tomography with a high excitation frequency in measuring the gas/liquid mixture i.e. gas/water and gas/oil multiphase distributions. Both theoretical and experimental results are presented to verify this feasibility study.     

基于并联开关阀技术的新型数字液压阀特性仿真

基于并联开关阀技术，设计了一种新型数字式液压阀。该数字阀由一系列二位开关阀并联而成，能够采用多种编码方法，包括二进制编码、脉冲数编码、斐波那契数列编码、广义二进制编码以及混合编码等；分析了该数字阀的量化输出和步长不确定等稳态特性和瞬态不确定性。基于AMESim和MATLAB，对一个四位数字阀进行了静态特性及动态特性联合仿真研究。仿真结果表明，通过减小数字阀的流量步长并增加位数，能够有效抑制静态特性曲线的阶梯变化特性；通过提高开关阀频率，可以改善其动态特性。     

基于AMESim的水下节能液压系统仿真分析

为满足水下恶劣工况,水下装备液压驱动以高可靠、控制性能优异的定量泵比例控制为主,但阀控液压系统能耗过大,使水下能量受限问题日益突出,制约了水下装备的发展.通过仿真开展了基于定量泵的水下节能液压系统研究.首先建立AMESim水下比例阀控及变频恒压泵控液压系统仿真模型,并设计了系统控制器;随后对液压系统能耗特性进行仿真分析...     

振动环境下插装阀的动态特性

为研究强振动环境对二通插装阀工作性能的影响,建立了振动环境下的二通插装阀结构模型及AMESim仿真模型,分别分析振动条件及插装阀结构参数对其动态特性的影响规律。研究表明:基础振动会引起插装阀阀口流量及阀芯开度出现波动现象;阀芯在稳态时的波动程度随基础振动幅值线性增加,振动频率大于20Hz后,波动程度明显。较小的阻尼孔径会使流量上升至最大值的时间增加,但通过阀口的流量更平稳;插装阀在开启状态时,阀芯波动值与阀芯质量呈正相关关系;改变插装阀的面积对改善流量波动现象效果有限;增加弹簧刚度可以改善流量波动现象,但会使通过阀口的流量减小。     

可变阻尼在负载敏感变量系统的应用

负载敏感变量系统的负载信号由主控阀直接传递给柱塞泵,负载信号的波动或剧变将引起柱塞泵排量波动或突变,从而造成执行元件运动不平顺或有启停瞬间的冲击感。负载信号传递的管路设置可变阻尼阀,可有效改善负载敏感液压系统的平顺性,消除冲击感,并且不影响液压系统响应性。     

一种新型液压高速开关阀的设计与研究

介绍了一种新型的液压高速开关阀 ,它采用了超磁致伸缩驱动器和锥体式阀芯结构。该阀具有很高的切换速度和频率 ,可以用来作为大流量高速开关阀的先导控制阀 ,也可以在小流量回路中直接作为控制阀使用。     

A study on flow characteristics and discharge coefficients of safety valve used in LNG/LNG-FPSO ships

The safety valves used in liquefied natural gas — floating production storage and offloading (LNG-FPSO) ships play an important role in maintaining a fixed pressure by controlling the release of liquefied natural gas (LNG) from pipes in an LNG piping system. Therefore, the discharge coefficient is regarded as the most important parameter influencing the valve performance. In order to satisfy the ship’s classification criteria, the discharge coefficient of the safety valve must usually be over 0.8. Despite the importance of a good understanding of the flow phenomena inside the safety valve for the improvement of the discharge coefficient, the successful design of valves depends on experience and experiments in an industrial field. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) investigation was carried out with ANSYS-CFX software to observe the flow phenomena inside the valve and to determine the discharge coefficients from changes in the valve lift, which is the distance between the exit of the nozzle and the lower part of the disc plate. The discharge coefficients obtained were also verified through comparison with available experimental data.     

混合动力变速箱中比例电磁阀变频控制研究

脉宽调制技术（PWM）依靠改变频率和占空比形成不同的目标电流,广泛用于比例电磁阀的驱动。但由于受到比例电磁阀磁路特性和脉宽调制技术的双重制约,使得比例电磁阀各项性能难以发挥,甚至影响整个液压系统的平稳运行。因此,根据目标电流变化以及控制环境不同而改变PWM频率的控制方法被用于驱动比例电磁阀。试验结果证明：使用变频的控制方法在维持比例电磁阀输出电流稳定的前提下,缩短了电流响应时间,维持了阀芯小幅颤振,降低比例电磁阀的功率损耗。     

高速开关阀高频脉宽调制控制有效占空比工作范围的拓宽

高速开关阀在高频脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)控制下阀芯可悬浮在某一开度,调节占空比即可改变阀口开度,实现对流量和压力的线性控制,因此在车辆控制系统得到广泛应用。但我国自主开发的高速开关阀PWM控制的有效占空比工作范围小,阀芯较易全开或全闭,为提高阀的可控性和控制精度,需要研究拓宽占空比的工作范围。基于汽车电子稳定程序(Electronic stability program,ESP)的高速开关阀,深入分析阀芯液动力的影响因素,应用AMESim、Matlab软件建立ESP液压系统的联合仿真模型,并经过试验验证,通过仿真得出阀座锥角、入口孔径对阀芯位移的影响,提出拓宽PWM控制占空比有效工作范围的关键参数,为高速开关阀的设计开发提供参考依据。