一种压电阀结构设计与实验研究
- 格式：pdf
- 大小：139.71 KB
- 文档页数：3
转换 器 、 位 器技 术 研 究 现 状 ， 据 压 电 陶 瓷 驱 动 特 定 根 点， 以压 电双 晶片 为 执 行 器 ， 计 了基 于 开 关 原 理 的 设
图 １ 双 晶片外加 电压作用下弯 曲图形
２２ 压 电 阀的基本 结构 及 动作 原理 ．
压 电微型 阀的基本结构及 动作 原理如图２ 所示 。
式 中 Ｅ、 — 压 电片 、 Ｅ— 弹性梁 的弹性模 量 ｄ】 ３ —— 压 电常 数
— —
节 流 孑 有 效 面 积 关 系图 Ｌ
３ ３ 节 流孔 的设 计 ．
ｕ ｎ － ｎ 一 ＵＮ Ｂ ｏｙ ａ Ｄｏ ｇｍｉｇ，，Ｓ ａ－ｕ ｎ ，ＷＡＮＧ Ｗｅ２ ｉ，ＷＡＮＧ ｂｎ ｉ
（． １ 大连交通 大学 ， 辽宁 大连 １６ ２ ； ．大连理工大学 ， 宁 大连 １０ ８ ２ 辽 １６ ２ ） １０ ４
摘
要： 电气阀门转换器、 定位器的技术革新与电气转换装置的革新紧密相关。该文突破 了传统的喷嘴
信技 术 、 制 技 术 的 发 展 ， 气 转 换 器 、 位 器 正 逐 控 电 定
斗Ｉ
＿＿ — ’＝ ｒ— ’
卫
渐取 代传 统 的机 械结 构 ， 电子化 、 向 智能 化 方 向发 展， 每一次技 术 的进 步都 和转换 装 置 的革 新有 着 紧 密联系 ， 因此 ， 国内外各 大仪表公司都把 主要 精力用 在 新 结 构 转 换 装 置 的研 发 上 ［引。 我 们 跟 踪 国 内外 ，
挡 板原 理 的转换 装 置 ， 用压 电双 晶片 为执行 器 ， 利 设计 了一种 基 于开 关原 理 的新 结构 电 气转换 装置— — 压 电
阀， 并进行 了实验研 究。该压 电阀只有通断 ２ 种状态， 气源消耗几乎可以忽略不计， 为我 国 自 主研发新一代
电 气阀 门转换 器 、 定位 器打 下 了基础 。
这和传统定 位器相 比较 ， 气源损耗几 乎可 以忽 略不计 。
３ 压 电阀结构 设计 ３ １ 压 电陶瓷 片的选择 ．
压电片弯曲位移理论公式为［５： ４］ ，
６ ３ＥＶ ｈ＋ｈ ） ｄ１ （ ０Ｚ
“ 一 ８Ｅｈ３＋ １ ２Ｅｈ０ ＋ ６Ｅｈ０ ｈ ＋ Ｅ０ ３ ｈ ２ ｈ０
图 ３ 压 力 腔 充放 所 需 的 时 间 与 压 力 腔 容 积 和
ｐ 厂
容器 内气体 开始放气 （ ＝ ）时容器 内 ｔ ０
的压 力 （ ｇ／ ｍ ） ｋ ｆｃ
导腔连通 ， 形成为一个整体。当压 电片连通电源时 ， 如 图 ２ 所示 ， ｂ 双晶片变形 向上弯曲， 把喷嘴口 ３ 压住 ， 使
喷嘴 口 ２与喷 嘴 口 １ 连通 。 由上可 知 ， 电阀 只有通 和 压
形 。双 晶片具 有单 位 电压 变形 大 的突 出优 点 。
收稿 Ｅ期 ：０ ６１—７ ｔ ２ ０ —０ １
基金项 目： 辽宁省基金项 目资助 （ｏ ６ｏ ３ ２ｏ １５ ） 作 者简 介 ： 李东 明（ ９ １ ）男 ， １７ 一 ， 吉林 松原人 ， 副教授 ， 读博 在 士后 ， 主要从 事压电驱动与控制技术 和精密加 工方面 的科 研和
压 电阀通 电状态 ）
ａ 压 电阀初始状态 １
图 ２ 压 电 阀结 构
弹性梁上 ， 一端夹持 ， 一端 自由， 图 １ 如 所示 。在外加 电压作用下 ， 双晶片上片极化方 向与外 电场 Ｅ方 向相 反， 下片极化方 向与 Ｅ相 同， 从而导致上片伸长 ， 下片 收缩 ， 两片的差动作用形成弯矩 ， 使双晶片发生弯曲变
关键 词 ： 电气转换 器 ；电气转换 装 置 ； 电双 晶片 ；压 电 阀 压
中图分 类号 ： Ｈ ０ ．５ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：０ ０４５ （０ ７０ —０ ５０ Ｔ ７ ３６ Ｂ １０ —８ ８２ ０ ｝５０７ —３
１ 前 言
电气 阀门转换器或定位器 是气动调节 阀 的主要 附件 ， 与气动调节 阀配套使用 ， 保证调 节 阀按设定 的 要求正确定位 ， 自控 仪表 和 自控 系统 中进行 信 息 是 转 换 和能 量 转 换 的 核 心 元 件 … 。 随 着 微 机 技 术 、 通
１ 广 ］ ｒ １
ｓ
１ｒｒ ］ １
ｓ
新结构压电阀。该压 电阀打破 了传统 的喷嘴挡板 结 构， 代表了电气转换装置新 的技 术发展 方向 ， 验研 实
究 证 明该 结 构 方案 是 可 行 的。
２ 压 电结构 开 关 阀转 换 原理 ２ １ 压 电执 行 器 的选择 ． 双 晶 片结构 是将 ２片压 电 片双 面对称 粘 贴在 一块
维普资讯
２０ ０７年第 ５ 期
液压 与气动
７ ５
李 东明Ｌ ， 宝元 王 ２孙 ，
伟 王 ，
彬
Ｃｏ ｆｇ ｒ ｔｏ ｓｇ ｎ ｐ ｒｍ ｅ ｔＩ ｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉｚ ｅｅ ｔｉ ｌ ｅ ｎ ｕ ａ ｉ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｆａ Ｐ ｅ ｏ ｌｃ ｒｃ Ｖａｖ ｉ
教学工作 。
维普资讯
７ ６
液压与 气动
ｐ— — 气源 压力 。
２０ ０ ７年第 ５期
图 ２ 是压 电阀在初始 状态下 示意 图 ， ａ 即不通 电时 ， 晶 双 片作用在 喷嘴 口 １ ， 时 ， 嘴 口 ２与 喷嘴 口 ３与 先 上 这 喷
当 Ｐ 、 ２Ｐ 及 ｓ ０Ｐ 、 。 确定时， 压力腔充气所需 的时
间与压力 腔容 积 、 流孔 有 效 面 积 ５ 的关 系如 图 ３ 节
所示 。
断２ 种状态， 压电转换元件采用 ２ 个压 电微型阀， 需要 加大阀门开度 ， 则打开进气阀， 否则打开出气阀， 状态稳 定时， 两阀均处 于切断 状态 ， 行器锁定 在设定 位置 ， 将执
图 １ 双 晶片外加 电压作用下弯 曲图形
２２ 压 电 阀的基本 结构 及 动作 原理 ．
压 电微型 阀的基本结构及 动作 原理如图２ 所示 。
式 中 Ｅ、 — 压 电片 、 Ｅ— 弹性梁 的弹性模 量 ｄ】 ３ —— 压 电常 数
— —
节 流 孑 有 效 面 积 关 系图 Ｌ
３ ３ 节 流孔 的设 计 ．
ｕ ｎ － ｎ 一 ＵＮ Ｂ ｏｙ ａ Ｄｏ ｇｍｉｇ，，Ｓ ａ－ｕ ｎ ，ＷＡＮＧ Ｗｅ２ ｉ，ＷＡＮＧ ｂｎ ｉ
（． １ 大连交通 大学 ， 辽宁 大连 １６ ２ ； ．大连理工大学 ， 宁 大连 １０ ８ ２ 辽 １６ ２ ） １０ ４
摘
要： 电气阀门转换器、 定位器的技术革新与电气转换装置的革新紧密相关。该文突破 了传统的喷嘴
信技 术 、 制 技 术 的 发 展 ， 气 转 换 器 、 位 器 正 逐 控 电 定
斗Ｉ
＿＿ — ’＝ ｒ— ’
卫
渐取 代传 统 的机 械结 构 ， 电子化 、 向 智能 化 方 向发 展， 每一次技 术 的进 步都 和转换 装 置 的革 新有 着 紧 密联系 ， 因此 ， 国内外各 大仪表公司都把 主要 精力用 在 新 结 构 转 换 装 置 的研 发 上 ［引。 我 们 跟 踪 国 内外 ，
挡 板原 理 的转换 装 置 ， 用压 电双 晶片 为执行 器 ， 利 设计 了一种 基 于开 关原 理 的新 结构 电 气转换 装置— — 压 电
阀， 并进行 了实验研 究。该压 电阀只有通断 ２ 种状态， 气源消耗几乎可以忽略不计， 为我 国 自 主研发新一代
电 气阀 门转换 器 、 定位 器打 下 了基础 。
这和传统定 位器相 比较 ， 气源损耗几 乎可 以忽 略不计 。
３ 压 电阀结构 设计 ３ １ 压 电陶瓷 片的选择 ．
压电片弯曲位移理论公式为［５： ４］ ，
６ ３ＥＶ ｈ＋ｈ ） ｄ１ （ ０Ｚ
“ 一 ８Ｅｈ３＋ １ ２Ｅｈ０ ＋ ６Ｅｈ０ ｈ ＋ Ｅ０ ３ ｈ ２ ｈ０
图 ３ 压 力 腔 充放 所 需 的 时 间 与 压 力 腔 容 积 和
ｐ 厂
容器 内气体 开始放气 （ ＝ ）时容器 内 ｔ ０
的压 力 （ ｇ／ ｍ ） ｋ ｆｃ
导腔连通 ， 形成为一个整体。当压 电片连通电源时 ， 如 图 ２ 所示 ， ｂ 双晶片变形 向上弯曲， 把喷嘴口 ３ 压住 ， 使
喷嘴 口 ２与喷 嘴 口 １ 连通 。 由上可 知 ， 电阀 只有通 和 压
形 。双 晶片具 有单 位 电压 变形 大 的突 出优 点 。
收稿 Ｅ期 ：０ ６１—７ ｔ ２ ０ —０ １
基金项 目： 辽宁省基金项 目资助 （ｏ ６ｏ ３ ２ｏ １５ ） 作 者简 介 ： 李东 明（ ９ １ ）男 ， １７ 一 ， 吉林 松原人 ， 副教授 ， 读博 在 士后 ， 主要从 事压电驱动与控制技术 和精密加 工方面 的科 研和
压 电阀通 电状态 ）
ａ 压 电阀初始状态 １
图 ２ 压 电 阀结 构
弹性梁上 ， 一端夹持 ， 一端 自由， 图 １ 如 所示 。在外加 电压作用下 ， 双晶片上片极化方 向与外 电场 Ｅ方 向相 反， 下片极化方 向与 Ｅ相 同， 从而导致上片伸长 ， 下片 收缩 ， 两片的差动作用形成弯矩 ， 使双晶片发生弯曲变
关键 词 ： 电气转换 器 ；电气转换 装 置 ； 电双 晶片 ；压 电 阀 压
中图分 类号 ： Ｈ ０ ．５ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：０ ０４５ （０ ７０ —０ ５０ Ｔ ７ ３６ Ｂ １０ —８ ８２ ０ ｝５０７ —３
１ 前 言
电气 阀门转换器或定位器 是气动调节 阀 的主要 附件 ， 与气动调节 阀配套使用 ， 保证调 节 阀按设定 的 要求正确定位 ， 自控 仪表 和 自控 系统 中进行 信 息 是 转 换 和能 量 转 换 的 核 心 元 件 … 。 随 着 微 机 技 术 、 通
１ 广 ］ ｒ １
ｓ
１ｒｒ ］ １
ｓ
新结构压电阀。该压 电阀打破 了传统 的喷嘴挡板 结 构， 代表了电气转换装置新 的技 术发展 方向 ， 验研 实
究 证 明该 结 构 方案 是 可 行 的。
２ 压 电结构 开 关 阀转 换 原理 ２ １ 压 电执 行 器 的选择 ． 双 晶 片结构 是将 ２片压 电 片双 面对称 粘 贴在 一块
维普资讯
２０ ０７年第 ５ 期
液压 与气动
７ ５
李 东明Ｌ ， 宝元 王 ２孙 ，
伟 王 ，
彬
Ｃｏ ｆｇ ｒ ｔｏ ｓｇ ｎ ｐ ｒｍ ｅ ｔＩ ｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉｚ ｅｅ ｔｉ ｌ ｅ ｎ ｕ ａ ｉ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｆａ Ｐ ｅ ｏ ｌｃ ｒｃ Ｖａｖ ｉ
教学工作 。
维普资讯
７ ６
液压与 气动
ｐ— — 气源 压力 。
２０ ０ ７年第 ５期
图 ２ 是压 电阀在初始 状态下 示意 图 ， ａ 即不通 电时 ， 晶 双 片作用在 喷嘴 口 １ ， 时 ， 嘴 口 ２与 喷嘴 口 ３与 先 上 这 喷
当 Ｐ 、 ２Ｐ 及 ｓ ０Ｐ 、 。 确定时， 压力腔充气所需 的时
间与压力 腔容 积 、 流孔 有 效 面 积 ５ 的关 系如 图 ３ 节
所示 。
断２ 种状态， 压电转换元件采用 ２ 个压 电微型阀， 需要 加大阀门开度 ， 则打开进气阀， 否则打开出气阀， 状态稳 定时， 两阀均处 于切断 状态 ， 行器锁定 在设定 位置 ， 将执
