压电阀电-机械转换器结构设计分析

为提高现有喷嘴挡板型电液伺服阀的静、动态性能,采用双压电晶片及铍青铜制作出喷嘴挡板式压电阀的电-机械转换器.针对压电层和金属层的宽度、长度和厚度等结构参数对电-机械转换器静、动态性能的影响进行了理论、仿真及实验研究.结果表明：宽度对静、动态性能没有影响,输出位移同长度的平方成正比.长度增大时,幅频宽和基频减小;金属层厚度或压电层厚度增大时,输出位移减小,幅频宽和基频增大.最后对电-机械转换器的振型进行了仿真分析,结果表明满足设计要求.     

双晶片两主动阀式压电泵的设计及试验

以双晶片压电振子为驱动元件,研制了两主动阀式压电泵。结合该泵的机械结构,详细分析了主动阀压电泵的作用机理。根据双晶片压电振子式主动阀压电泵对驱动信号的要求,搭建了两主动阀式压电泵的试验测试控制系统。最后对主动阀泵进行了性能测试和试验研究。结果表明,在电信号频率为40 Hz时,泵的正向最大输出流量为180 ml/min,反向最大输出流量为170 ml/min,正向最大输出压力为6 kPa。     

压电直接驱动式伺服阀

介绍了一种利用压电陶瓷直接驱动的压电伺服阀,其机械结构简单、抗干扰能力强,具有高于传统电磁式伺服阀的频宽和分辨率。应用有限元法分析了柔性铰链的结构特性,对压电叠堆的静、动态特性进行了理论分析,并制造了压电直接驱动式伺服阀样机,进行了静、动态性能测试。测试结果表明:该压电伺服阀可以满足现代精密高速控制系统的需要。     

基于Fluent的双喷嘴挡板电液伺服阀主阀流场的可视化仿真

应用Fluent软件对双喷嘴挡板电液伺服阀主阀内部流场进行可视化模拟仿真,运用仿真数据对电液伺服阀的压力、流量等特性进行理论分析。结果表明,运用Fluent软件仿真数据能便捷地进行电液伺服阀的特性分析,所得结果可靠性较高。     

双喷嘴挡板电液伺服阀主要参数的优化

以国产双喷嘴挡板电液伺服阀为研究对象,推导出其数学模型。根据电液伺服阀的实际结构参数,运用Simulink仿真软件对数学模型进行仿真,得到电液伺服阀闭环阶跃的响应图和伯德图。通过改变目标参数Kvf、ωmf、ξ′mf的大小,得到不同的电液伺服阀伯德图;通过分析电液伺服阀动态性能的变化,从而达到其参数优化的目的。     

民用伺服阀

中国运载火箭技术研究院基于航天技术开发了多种民用电液伺服产品。其中,既有适用于高精度控制用的喷嘴挡板式伺服阀,又有适用于工业控制,抗污染能力强的偏导射流、射流管伺服阀,还有抗惯性能力极强的动压反馈伺服阀及新型植入微电子组件的直接驱动高可靠伺服阀。产品的控制流量为1L／min～3000L／min,压力为0.1MPa～31.5MPa,形成了面向工业控制的SFL力反馈流量系列、SFD动压（压力）反馈系列、SFY多余度系列、SFX机电双输入系列产品,在工业控制领域中得到了广泛的应用。     

矩形压电振子式主动阀压电泵的设计及其性能

根据压电泵的工作原理,基于两端夹持式主动阀开发了矩形压电振子式主动阀压电泵,对其结构及工作原理进行了说明。计算了其理论流量,剖析了流量的影响因素。通过试验研究得出:泵在工作时阀腔压电振子与泵腔压电振子之间的最佳相位差是70°和250°。测试了阀腔压电振子在不同电压、频率驱动信号作用下压电泵的输出特性。同时,对主动阀压电泵的双向泵送能力进行了比较分析。实验结果表明:与正弦波相比,方波作为矩形压电振子主动阀的控制信号时,流量相对比较大。频率为70Hz时,最大流量为140mL/min;在高频情况下,矩形压电双晶片式主动阀压电泵的流量保持较好,圆形压电振子式主动阀压电泵的流量下降明显。     

压电双晶片型二维惯性冲击式精密驱动器

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元、具有移动和旋转二自由度的惯性冲击式精密驱动器。对压电双晶片的动态特性进行了有限元法分析和实验测试,提出了定频调压的控制方法,并对该精密驱动器进行了移动和旋转性能测试。测试结果表明:该驱动器具有结构简单、行程大、驱动力强、分辨率高等特点,而且其成本低于传统惯性冲击式驱动器的百分之一。     

杠杆放大型直动式压电伺服阀动态特性

提出一种基于杠杆放大原理的直动式压电伺服阀。该阀采用大行程的压电叠堆作为驱动元件,经杠杆放大后的位移直接驱动功率级滑阀。采用解析法建立了阀芯运动机构的动力学模型,并对其进行了仿真分析。试制了杠杆放大型直动式压电伺服阀样机,并对样机的动态特性进行了试验测试。结果表明,该阀正向阶跃响应时间为0.54 ms,负向阶跃响应时间为1.08 ms,频宽约为1 kHz。新型伺服阀可以应用于振动试验台、疲劳试验台及需要快速反应的流体控制系统中,可提高系统的快速响应特性。     

压电双晶片型旋转精密驱动器动态特性和控制

提出了以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型冲击式旋转精密驱动器.制作了驱动器样机,建立了基于Lugre摩擦模型的驱动器动力学模型.对驱动器动态特性进行了仿真分析和实验对比研究.根据驱动器的动态特性,提出了冲击式压电双晶片型精密驱动器特定的定频调压控制方法.仿真分析结果和实验结果吻合较好,表明该动力学模型符合驱动器的动态特性,可用于对冲击式压电双晶片型旋转精密驱动器的理论分析.     

Static shape control of a flat shell structure

The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou[1] and Hwang[2]. A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.     

Static shape control of a flat shell structure

<正>The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou and Hwang . A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.     

基于回油液阻的压力伺服阀啸叫分析

对压力伺服阀的啸叫问题进行仿真与试验分析,验证了滑阀级回油液阻增大会引起伺服阀啸叫. 基于机电系统分析软件AMESim建立压力伺服阀完整的仿真模型,对比分析仿真与试验的动静态特性曲线,验证仿真模型的正确性. 分析滑阀级不同的回油液阻对衔铁组件中弹簧管振荡幅值的影响;剖析产生自激振荡的条件和本质原因;探究伺服阀内部振荡的传递路径. 研究发现,伺服阀滑阀级回油液阻的变化,会引起力矩马达衔铁组件的自激振荡,通过合理优化滑阀阀芯回油间隙可以避免这部分伺服阀振荡啸叫;通过增大滑阀至喷嘴腔容积也可以切断振荡传递以消除伺服阀振荡啸叫.     

弯曲振动下压电陶瓷复合圆盘的可靠性分析

为加快压电陶瓷复合圆盘结构参数的确定中所做的正交试验进程,研究了基于可靠性分析的Monte Carlo法,对压电喷嘴-挡板结构中盘弯曲振动下的压电陶瓷复合圆盘参数进行选定,利用ANSYS软件的概率设计系统分析非确定性输入参数对结构性能的影响。分析结果表明,喷嘴-挡板结构对压电陶瓷半径R1敏感性最大,其次为铜电极厚度T2,二者影响均为负值,说明它们与喷嘴-挡板的结构性能成反比,而压电陶瓷厚度T1影响是正值,表明它与喷嘴-挡板结构性能成正比,并且得出三者之间定量关系为R1>T2>T1。研究结果为加快正交试验进程,提高试验准确性提供了依据。     

压电振动能量采集器的性能分析与功率优化

为了预测压电振动能量采集器的输出特性,优化输出功率,以压电双晶片串联型振动能量采集器为研究对象,综合考虑结构与电路耦合因素,利用有限元法和ANSYS软件建立压电振动能量采集器的有限元机电耦合动力学模型和网格实体模型.分析在外力激振条件下负载电阻对压电振动能量采集器的振动特性和电输出特性的影响,得到不同负载电阻下压电能量采集器的振动特性和电输出特性曲线.通过调节负载电阻使之与能量采集器的阻抗匹配,实现了对能量采集器输出功率的优化,得到了优化的负载电阻和输出功率.研究结果表明,采用压电能量采集器能够输出大的开路电压、大的短路电流,优化后的开路和短路谐振时的最大输出功率分别达到57.81和55.12 W.     

Research on an inertial piezoelectric actuator for a micro in-pipe robot

In general, a micro robot system includes a microactuator, micro sensor, energy supply, and control sys-tem. At present, the research on a micro actuator inChina is basal in a laboratory phase, which lacks astrict analysis in theory. Hence, it should first besolved for the design on a micro actuator or micro robotthat the drive principiumof micro actuator is researchedand the dynamical equation is established. In this pa-per, a newkind of inertial piezoelectric actuator is pro-posed. The driv…     

变正压力式压电双晶片惯性直线驱动器

提出了以压电双晶片作为动力元件、通过控制移动机构和支撑面之间的正压力、利用摩擦力变化实现定向运动的新型惯性直线驱动器。分析了驱动器的工作原理,利用有限元分析软件对压电双晶片振子进行了模态分析,得到其动态特性。研制了惯性直线驱动器的样机并进行了性能测试,试验结果表明:该机构能够实现直线往复运动,频率为10 Hz时,最小稳定运动步长为0.7μm,最大移动速度为1.2 mm/s,最大承载能力为150 g。