浅析液压微位移放大结构的新型压电陶瓷直接驱动阀设计及仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com第49卷第2期机械工程学报Vo1．49NO．22013年1月JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGJan．2013DoI：1O．3901／JM【E．2013．02．151基于液压微位移放大结构的新型压电陶瓷直接驱动阀设计及仿真木俞军涛焦宗夏吴帅(北京航空航天大学电气工程与自动化学院北京100191)摘要：研制一种基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀，实现大流量高频响的要求。针对压电陶瓷输出力大但输出位移小的特点，设计出一种新型的液压微位移放大结

2、构，由柔性铰链膜片式大活塞、密闭容腔、小活塞及压力调节和测量装置构成。采用叠堆式压电陶瓷驱动大活塞，改变密闭容腔内油液的体积形态，放大小活塞端输出位移，驱动滑阀阀芯运动。大活塞采用膜片结构，降低压电陶瓷叠堆的负载，提高密封性能。针对刚性膜片刚度和强度矛盾的问题，设计柔性铰链膜片，对该膜片结构的刚度进行理论分析和数值计算验证。应用有限元方法对结构及各参数进行优化设计，并对最终结构进行刚度和强度分析。基于试制原理样机参数，建模仿真表明液压位移放大倍数9倍，阀芯位置控制误差小于1％。频宽超过550Hz。试验测得流量曲

3、线，7MPa压力下，控制流量达到17L／min。关键词：压电陶瓷液压位移放大直接驱动阀柔性铰链有限元法中图分类号：TH137DesignandSimulationStudyonNewServoValveDirectDrivenbyPiezoelectricActuatorUsingHydraulicAmplificationYUJuntaoJIAOZongxiaWUShuai(SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineering，BeihangUniversity,

4、Beijing100191)Abstract：Aservovalvedirectdrivenbypiezoelectricactuatorusinghydraulicamplificationisresearched．Ittakesadvantageofthehigherbandwidthandlargerflowrate．Anewhydraulicdisplacementamplifierstructureisproposedtoaimatthesmallerdisplacementoutputandlarg

5、erforceoutputofpiezoelectric(PZT)．Thestructureiscomposedofinputpistonwithlargerarea，outputpistonwithsmallerareaandhermeticchamber．Thelargerstrokemultilayerpiezoelectricactuatorisservedasthedriveelementthatdrivestheinputpistonwitl1largerareaofthehydraulicampl

6、ification．Thechangeofpressureandvolumedrivestheoutputpistondirectlyconnectedtothespooltoproduceamplifieddisplacement，whichdrivethespooltomove．Tosatisfythedemandofsealingandlowload，adiaphragmwithflexurehingestructureisusedforthepistonwithlargerarea．Thestructu

7、reandparameterisoptimizedbyfiniteelementmethod．Piezoelectricdirectdriveservovalveprototypeistrial-manufacturedandtested．Thesimulationresultsshowthatthedisplacementmagnificationtimesis9，thegoverningerrorofvalvespoolislessthan1％，thebandwidthisupto550Hz．Theflow

8、curveobtainedbyexperimentshowtheflowrateCanreachto17L／minatpressureof7MPa．Keywords：PiezoelectricceramicHydraulicamplificationDirectdriveservo—valveFlexurehingeFiniteelementmethod阀作为电液伺服系统中的核心控制元