压电驱动式双喷嘴电液伺服阀的研究

发布时间：2020-07-04 03:05

【摘要】：电液伺服阀是电液伺服系统的核心，它既是电液转换元件，又是功率放 大元件，能将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能输出。在电液伺服 系统中，它的性能直接影响甚至决定整个系统的性能。本文研制了新型压电 驱动式双喷嘴电液伺服阀，力求改善现有电液伺服阀的性能。 压电驱动器具有响应速度快、输出位移大、体积小、结构简单等优点， 非常适合于传统电液伺服阀对驱动器的要求。因此，本文提出了以压电叠堆 驱动器代替传统伺服阀力矩马达为基础的设计方案。主要内容如下： １．　压电陶瓷基础理论及压电陶瓷驱动器 在进行伺服阀系统设计之前，为了能合理设计压电伺服阀驱动器，并有 效的使用压电驱动器，对压电陶瓷的基础理论以及压电驱动器的分类进行了 深入的调研，为压电驱动式电液伺服阀中压电叠堆的选用以及伺服阀驱动器 整体结构的设计提供了理论依据。 ２．　压电伺服阀驱动器设计及性能测试 针对压电伺服阀对驱动器大输出位移、高频响的要求，以及压电叠堆驱 动器的结构特点，利用弹簧片作为回复力弹簧，设计了满足伺服阀要求的基 于压电叠堆的伺服阀驱动器。　 围绕伺服阀驱动器预紧力的大小，对伺服阀驱动器电压—位移输出特性、 输出位移滞环特性以及蠕变特性等静态特性进行了测试；同时对伺服阀驱动 器的固有频率和幅频特性等动态特性进行了试验测试。 最终选择预紧力为 100N 的伺服阀驱动器，它的电压位移输出最大为 46.2μm，滞环小于 5％，频宽为 800Hz，可见这种驱动器可以满足压电伺服 阀对驱动器的要求，它的成功设计，为下一步调试压电驱动式双喷嘴电液伺 服阀奠定了基础。　 ? I ? WP=73 摘　　　　要 ３．　压电伺服阀测控系统设计 本章根据压电驱动式电液伺服阀的工作特点及控制要求，建立了压电伺 服阀测试控制系统。　 为了满足压电伺服阀对控制精度的要求，以及根据压电伺服阀调试时情 况多变的需要，本文选择了具有稳态精度高，动态响应快的数字伺服系统作 为电液伺服阀的控制系统。建立了以工业控制计算机作为主控制器，与模拟 输出、压电陶瓷专用电源、驱动器、伺服阀、压力（流量）传感器、模拟输 入等多个环节建立了一套完整的反馈控制硬件系统。　 编制了包括主程序模块、采样模块、模出模快、比较模块、闭环控制算 法模块、人机交互模块、文件管理模块、数据处理模块等八大模块的系统软 件。　 通过实际使用表明：该系统可以准确、快速的对伺服阀的动作进行控制 和记录。　 ４．　压电驱动式双喷嘴电液伺服阀试验研究 首先，描述了传统双喷嘴电液伺服阀的结构及工作原理，并对压电驱动 式双喷嘴电液伺服阀的设计思路、结构及工作原理进行了说明。　 其次，说明了喷嘴挡板放大器的典型结构和工作原理；对压电驱动式双 喷嘴电液伺服阀的驱动器及前置驱动油路进行安装和调试，并说明了调试中 的关键点。 最后，对压电伺服阀的静态特性和动态特性进行了测试，静态特性主要 是测试伺服阀的压力特性和流量特性；动态特性主要是测试伺服阀幅频特性。 在测试中，绘制了压电伺服阀的压力特性曲线、流量特性曲线及幅频特性曲 线，得知该阀具有较好的流量和压力输出特性。　 试验证明：以压电驱动器代替传统电液伺服阀驱动器的可行性，为该型 伺服阀的进一步开发奠定了基础。　 ５．　结论　 本文的主要研究内容及结论如下： １． 对压电驱动器的置动原理及分类也进行了阐述，得出了合理并有效的 使用压电驱动器的方法，为压电驱动式电液伺服阀中压电叠堆的选用以及驱 ? II ? WP=74 吉林大学硕士学位论文 动器整体结构的设计，提供了理论基础。 ２．　完成了压电伺服阀驱动器的结构设计，并围绕伺服阀驱动器动态、静 态特性的主要影响因素—预紧力的大小，对压电伺服阀驱动器的特性进行了 综合测试，最终设计出满足压电伺服阀要求的驱动器。 ３． 搭建压电驱动式电液伺服阀的测试控制系统。该系统为伺服阀的稳定 工作建立了电气基础，同时也为伺服阀的动作建立了测量系统，通过实际使 用表明，该系统可以准确、快速的对伺服阀的动作进行控制和记录。　 ４．　对压电驱动式双喷嘴电液伺服阀的性能进行了测试，得出了该型伺服 阀的性能曲线，通过试验证明了以压电驱动器代替传统电液伺服阀驱动器的 可行性，为该型伺服阀的进一步开发奠定了实验基础。　 压电伺服阀性能影响因素及改进方案：　 由伺服阀静态、动态特性曲线可知该阀具有良好的流量和压力特性，但 动态响应频率较低，其主要原因及下一步的改进方案体现在以下几个方面： 阀体节流口直径与前置驱动级喷嘴直径的合理匹配；压电叠堆驱动器与喷嘴 间距离的合理调整；机械结构安装过程中的问题；控制算法的改进。　 　 　
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH137
【图文】：

产生直线位移的驱动器主要是压电叠堆驱动器，图 1.3（a）为daptronics Inc.生产的压电叠堆驱动器（Multilayer Piezoelectricctuator），它能在较低的电压下，提供较大的推力，较大的输出位移以及微级的反应时间。它是由薄陶瓷片烧结而成的。图 1.3（b）为环状压电陶瓷动器（Ceramic Multilayer Actuators - CMA Rings），它输出的也为直线移。图 1.2（a）多层压电陶瓷弯曲驱动器Piezoelectric Multilayer Bender Actuator图 1.2（b）圆形多层压电陶瓷弯曲驱动器Ceramic Multilayer Benders - CMB Rings

产生直线位移的驱动器主要是压电叠堆驱动器，图 1.3（a）为Adaptronics Inc.生产的压电叠堆驱动器（Multilayer PiezoelectricActuator），它能在较低的电压下，提供较大的推力，较大的输出位移以及微妙级的反应时间。它是由薄陶瓷片烧结而成的。图 1.3（b）为环状压电陶瓷驱动器（Ceramic Multilayer Actuators - CMA Rings），它输出的也为直线位移。图 1.2（a）多层压电陶瓷弯曲驱动器Piezoelectric Multilayer Bender Actuator图 1.2（b）圆形多层压电陶瓷弯曲驱动器Ceramic Multilayer Benders - CMB Rings

【引证文献】

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1 曹永新;王书翰;黎文勇;;基于ITI-SimuationX的喷嘴电液伺服阀模拟仿真[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年

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3 宋彦伟;采用磁流体的力矩马达动态特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

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本文编号：2740544