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预紧—限位型气动数字压电球阀的结构及特性研究

王晓艳  
【摘要】: 压电驱动器以其响应速度快、工作频率宽、易于控制等优点,被越来越广泛地应用于气动比例阀。本文在原有自由通孔式压电球阀(FH型)的基础上,分析其不足,提出了一个新的预紧.限位型数字压电球阀(PL-1型)结构,在此基础上对小球抛动位移和球阀流量进行了详细的理论与试验研究。 首先,分析了FH型压电球阀结构上的不足,提出了压电晶体用弹簧预紧的结构方案;同时,为了防止小球在跳动时脱离阀芯,增加了一个水平限位机构,设计出了一个新的预紧.限位型压电球阀fPL-1型)。 其次,研究了在不同信号输入时PL-1型压电球阀的理论模型,着重讨论了脉冲信号输入时的谐振模型,并对小球抛动位移和球阀流量进行了仿真。通过仿真结果与试验结果相比较,验证了所建模型是正确的。仿真结果表明,在低频时球阀的出口流量跟信号频率成比例关系,可以通过调节频率来控制流量大小,为指导进一步试验提供了理论依据。 然后,试验研究了压电晶体的振动幅值和小球的抛动性能及其影响因素。主要有:压差Δp(主要反映在小球的阻力加速度上)、脉冲频率f、小球直径d、阀芯通流面积以及供电电压等。试验结果表明:小球抛动位移随着频率的增大而增大;在有压气体下,阀芯的通流面积越大,压差越大,小球直径越小,则小球的抛动位移越小。 最后,为了研究PL-1型压电球阀的流量特性,从不同电压信号频率、不同压差、不同小球直径和不同阀芯等多个不同试验条件进行了测试。试验结果表明:在低频时,流量与频率大小基本成线性关系,流量小;高频时,球阀流量大,最大控制流量可达7L/min(直径7mm小球在压差0.05MPa,频率500Hz时),但有较大波动。 研究表明,相比FH型压电球阀结构,PL-1型数字压电球阀无论在小球抛动位移或是球阀流量上都有了很大程度的提高,具有一定的应用前景。


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