基于压电效应的新型蓄能器设计.pdf

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1、2012年12月机床与液压Dec．2012第4O卷第23期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．40No．23DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．23．021基于压电效应的新型蓄能器设计聂青，聂宏，张明(南京航空航天大学，江苏南京210016)摘要：阐述压电效应以及普通气囊式蓄能器吸收压力脉动的原理。针对液压系统需要减少压力脉动的需求以及压电材料能将外界振动能量直接转变为可利用的电能的特点，设计一种压电式气囊蓄能器，相对于普通气囊式蓄能器，不仅能够更好地衰减液压系统中的压力脉动，还能将一定的振动能有效回收。

2、关键词：液压系统；压力脉动；蓄能器；压电效应中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)23—080—3DesignofaNewAccumulatorBasedonPiezoelectricEffectNIEQing，NIEHong，ZHANGMing(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，NanjingJiangsu210016，China)Abstract：Theprincipleofpiezoelectriceffectandairbagaccumulatora

3、bsorbingpressure—pulsewereanalyzed．Aimingattherequirementofdecreasingpressure—pulseofhydraulicsystemandthefeaturethatpiezoelectricmaterialcouldconvertvibrationenergytoavailableelectricalenergy，anewpiezoelectriCairbagaccumulatorwasdesigned．Comparingwithnormalairbagaccumulator，pre

4、s—sure—pulseinhydraulicsystemisabsorbedwell，andcertainvibrationenergyisrecoveredefectivelybythedesignedaccumulator．Keywords：Hydraulicsystem；Pressure—pulse；Accumulator；Piezoelectricefect近几十年来，随着液压系统向高速、高压、高精时产生的电能为0．1mW。GLYNNE-JONES等通度方向发展，液压系统的压力脉动问题开始引起人们过建立简化的机械一电能模型研究了微型压电能量的

5、关注，并逐渐受到重视。流量脉动在遇到系统阻抗回收装置的可行性。赵鸿铎等-o在初步的室内试验后将产生压力脉动。在液压系统中，产生压力脉动的中，将Cymbal阵列置于沥青混凝土试件中，在20根源有：(1)液压泵。作为整个系统的动力源，其Hz、峰值为0．7MPa荷载的作用下，测量到了254工作原理和结构特点决定了其输出流量必然存在脉V的电压，并点亮了8个LED灯。文献[4-=6]的动；(2)控制元件、执行机构或负载引起流量脉动，研究表明：作为机械振动能与电能之间相互转化的进而产生压力脉动⋯。为了降低压力脉动对系统性能媒介，压电材料可以实现机械能量的回收。目前

6、国的各种不利影响，目前国内外已提出了各种控制压力内外关于应用压电材料实现能量回收的研究还有很脉动的方法，并研制了多种脉动衰减装置，取得了不多，但研究内容没有涉及到液压系统中的压力脉同程度的效果。动，国内尚没有见到有关液压系统中压力脉动的能随着微机电系统及无线传感设备的迅速发展，嵌量回收技术的报道。入式微型能量回收装置得到了越来越多的重视。能基于国内外研究现状，作者根据液压系统需要减量回收是指凭借一定的方法吸收外界能量并将其转换少压力脉动的需求以及压电材料能将外界振动能量通为可利用电能的过程，对于微型能量回收装置而言，过压电效应转变为可直接利用的电能且结

7、构简单易于液压系统中由压力脉动产生的振动能量是一种理想的嵌入系统的特点，设计了一种新型压电式气囊蓄能能量源。WILLIAMS等设计了一个微型立方体型压器。由于压电材料本身就具有一定的阻尼特性，并且电能量回收装置(尺寸约为5mm×5mm×1mm)，该减震系统是无条件稳定的，因此该蓄能器相对于通过实验发现这样一个典型的微型能量回收装置，输同等规格的普通气囊式蓄能器，不仅能够更好地衰减出的电能与系统所受振动频率成正比，当激振频率为液压系统中的压力脉动，还能将一定的振动能量有效70Hz时产生的电能为tw，当激振频率为330Hz回收。收稿日期：2011—10—1

8、7基金项目：国家自然科学基金(51075203)；南京航空航天大学基本科研业务费(NS2010