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《吉林大学》 2004年
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喷嘴挡板式压电伺服阀的实验研究

吴玉魁  
【摘要】:绪论 电液伺服阀是液压伺服系统中的关键控制器件,作为电液伺服系统中连接电气部分和液压部分的桥梁,其性能的优劣直接影响着整个系统的性能。近年来,随着电液伺服系统应用领域的拓宽,对电液伺服阀提出了更高的技术要求,如大流量、抗干扰、抗污染、高频响、使用方便及价格低廉等,而传统的电液伺服阀已难以满足或达到这些要求。因此,新型电液伺服阀的研制成为流体传动控制领域发展的一大课题。 近期电液伺服阀的技术进展主要体现在两个方面:新材料的应用以及新型结构的设计和开发。近年来,一些新型换能器件(如压电器件、电致伸缩器件等)出现及其相关技术的发展,为构造新型的电液伺服阀提供了技术及器件支持,并且有可能使伺服阀的性能获得提高。本文用压电晶片作为前置驱动级研制了一种新型的电液伺服阀。 压电晶片驱动器性能分析及试验研究 在理解和掌握相关压电基础理论及压电材料性能的基础上,对不同形式的压电驱动器进行了研究,重点讨论了压电晶片驱动器。由理论公式给出了压电晶片驱动器位移输出、频率特性等与结构尺寸、控制电压、压电材料等的关系。利用有限单位法对其进行了仿真分析。由于压电晶片驱动器是手工制作的,不可避免地有很多人为的因素对驱动器产生影响,故在本文中对压电晶片驱动器的性能进行了大量实验测试,测试结果与理论计算和仿真分析有着较好的一致性,可以为压电晶片驱动器的设计提供依据和方法。但也存在一定的偏差,分析了存在偏差的原因,并给出了减小或消除偏差方法。 喷嘴挡板式压电伺服阀的试验研究 在压电晶片驱动器的性能分析、试验基础上,设计制作了喷嘴挡板前置级 WP=77 放大器,其中压电晶片驱动器作为挡板组件。在此基础上设计并试制了压电驱动式双喷嘴挡板电液伺服阀样机。该伺服阀的电气-机械转换器由压电晶片驱动器实现,与双喷嘴一起构成双喷嘴挡板阀。与传统的力矩马达驱动的电液伺服阀相比,该新型伺服阀的结构简单,成本低廉。通过对伺服阀的静动态特性的测试可知:这种新型电液伺服阀的某些性能要优于传统的电液伺服阀。 结论 通过对压电晶片驱动器以及由其构造的新型喷嘴挡板式压电伺服阀的性能分析及试验研究,得出了以下结论: (1)总结了影响压电材料驱动特性的性能参数,通过对有关压电晶片驱动器位移方程研究和实验测试,得到了压电弯曲元件的输出位移与其本身结构尺寸、压电材料、控制电压等因素的关系,并分析了影响其静、动态特性的各种因素。分析结果表明:在静态特性方面,随着施加的最大控制电压范围的增大,在输出位移增加的同时,滞环及蠕变量明显增大;在动态特性方面,随着控制信号幅值的增加,响应信号的幅值随之增加,而弯曲元件的谐振频率减小。这些结论为合理设计和使用压电弯曲元件提供了重要依据。 (2)设计并试制了压电晶片式双喷嘴挡板型电液伺服阀样机。该伺服阀的电气-机械转换器由压电弯曲元件实现,并与双喷嘴一起构成双喷嘴挡板阀。与传统的力矩马达驱动的电液伺服阀相比,该伺服阀性能较好,结构简单,成本低。对该阀的性能参数进行了测试,实验结果表明了用压电晶片驱动器作为喷嘴挡板放大器的新型电液伺服阀的可行性,为压电伺服阀进一步研究提供了依据。 (3)本文对喷嘴挡板式压电伺服阀进行了尝试性的研究。由于压电晶片式电液伺服阀的研究在国内外还处于起步阶段,在国内鲜有报道,许多问题还有待于进一步探索,主要应包括以下几个方面:进一步优选新型压电元件,包括压电材料及结构尺寸,并选择合适的安装方式;改进制作工艺,提高压电元件的静、动态性能及工作稳定性;根据压电元件的性能特点,合理匹配伺服阀阀体的结构,以进一步提高压电晶片式电液伺服阀的性能,特别是动态性能。
【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】:TH137.5

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