基于双压电晶片的喷嘴挡板伺服阀

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1、Vol.27No.1Feb.2005第27卷第1期压电与声光2005年2月PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICS_丄，>文章编号:1OO4-2474(2OO5)OPOO27-O3基于双压电晶片的喷嘴挡板伺服阀曲兴田，杨志刚，吴博达，吴玉魁,周淼磊（吉林大学机械科学与工程学院，吉林长春130025）*要:研究了一种基于双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀，给出了双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀的基本机构・对双压电晶片在不同頻率、介质、基板尺寸及晶片厚度下的变形情况进行了深入的分析，并通过试验初步验证了双压电晶片喷嘴挡板式伺服阀的相关性能，给出了流量、压力特性

2、曲线，对试验结果进行了分析,得出了相关的结论.关镶词:双压电晶片;喷嘴挡板式伺服阀;流量特性;压力特性中图分类号:TH137.33文献标识码:ANozzle-flapperValveBasedonPiezoelectricBimorphQUXing-tian,YANGZhi-gang9WUBo-da9WUYu-kui9ZHOUMiao-lei(CollegeofMechanicalScience&Engineering>JilinUniversity,Changchun130025,China)Abstract:Descriptionofanozzle-flap

3、pedvalvebasedonpiezoelecticbimorphtincludingitsbasicstructure>isgiveninthispaper.Deformationsofpiezoelectricbimorphsareanalyzedundervariousfrequencies9invariousmedia•withdifferentsizebaseplatesandthicknessofpiezoelectricbimorph.Performanceofthenozzle-flapperbasedonpiezoelectricbimor

4、phisverifiedthroughexperiments.Theflowcharacteristiccurveandthepressurecharacter-isticcurveareprovided・Relevantconclusionsaregainedthroughtheanalysisofresultsfromtheexperiments-Keywords:piezoelectricbimorph；nozzle-flappervalvejflowcharacteristic；pressurecharacteristic收積日期：2003-04-29著

5、金顼目：国家“八六三”基金资助项目（2001AA423270）作者筒介:曲兴田（1962J,勇，长春市人,剧教授，殒士，主要从事压电驱动技术与控制技术的研究.早期的压电驱动主要用于功能单一的开关阀中,特别是在高速.精密的气体控制中获得了良好的应用.压电驱动型电液伺服阀最早出现于1989年（日本）,这是以PZT双晶片代替双喷嘴挡板式电液伺服阀动圈马达的挡板结构•1992年后日本出现了以压电叠堆为驱动力源的单级直动式伺服阀。当时的主要冋题是压电体变形过小，因而能控制的流董极小，同时由于PZT材料固有的迟滞效应较大（15%〜20%）,而单纯颤振技术的解决效果有限，致使

6、伺服阀整体的滞环大于10%,重现性不好，影响了反应速度与精度的提高.这些缺点限制了压电伺服阀的进一步发展与应用.2002年，美国加利福尼亚州CSA机构的JasonE.Lindler和EricH.Anderson研制出压电直接驱动式的伺服阀，通过其放大阀芯的位移达300pm,在约10MPa的压力下流量约为9L/min,频宽达300Hz,由于该阀的流量及压电位移的放大倍数较大，因此影响了整个压电驱动器的动态性能，使得频宽不能进一步提高.国外对于压电伺服阀的研究也只处于实验阶段，各项性能指标尤其是压电体位移放大机构的动态特性有待于提高，采用合理的结构形式及有利于提高频

7、宽的控制策略•目前国内对于压电伺服阀的研究尚无报道•由于军工及其他方面对高速精密电液伺服阀的需求越来越强烈，又由于国外对高技术与国防贸易法的限制，我国还不能直接从日.美、德等国家购买，这使得自主开发我国高速精密的电液伺服阀显得尤为重要。压电双晶片是一种应用广泛的压电陶瓷元件,现已广泛应用于声学检测、超声马达、加速度器、激光束偏转器、自适应光学系统等方面近年来,又应用于微型机械、微型机器人和微控制器中。利用双晶片可通过一个非机械量的输入信号而产生所需的运动，以实现机械运动要求.28压电与声光2005年1力矩马达双喷嘴挡板伺服阀的基本结构图1为电磁式力矩马达驱动电液

8、伺服阀的工作压电晶片的变