伺服阀用超磁致伸缩驱动器的相变温控研究.pdf

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1、2014年7月机床与液压Ju1．2014第42卷第13期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．42No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．13．009伺服阀用超磁致伸缩驱动器的相变温控研究李兵华，曹树平，罗小辉(华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074)摘要：设计一种伺服阀用超磁致伸缩材料驱动器(GMA)，采用相变材料对超磁致伸缩材料(GMM)的温度进行控制，理论分析了驱动器的热量来源及所填充的相变材料的潜热，并用ANSYS对驱动器的热特性进行研究，分析恒定电流下相变材料对GMM棒温度变化的稳定作用。关键词：超磁致伸缩材料

2、；温度控制；相变材料；ANSYS仿真中图分类号：TH137．53文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)13—036—4ResearchonPhaseChangeTemperatureControltoGiantMagnetostrictiveActuatorUsedinServoValveLIBinghua，CAOShuping，LUOXiaohui(AcademicofMechanicalScienceandTechnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei430074，China)Abstra

3、ct：Agiantmagnetostrictiveactuator(GMA)usedinsen，ovalvewasdesigned．Phasechangematerialswasusedtothetemperaturecontrolofgiantmagnetostrictivematerials(GMM)．Theheatsourceoftheactuatorandthelatentheatofphasechangematerialsfilledinwereanalyzedtheoretically，andthethermalcharacteristicsoftheactuatorwas

4、studiedusingclassicalANSYS，thentheeffectofphasechangematerialsonthestabilityoftheGMMrodtemperaturechangeunderconstantelectriccurrentwasanalyzed．Keywords：Giantmagnetostrictivematerials；Temperaturecontrol；Phasechangematerials；ANSYSsimulation超磁致伸缩材料是自20世纪70年代迅速发展起定状态，此时固态和液态的相变材料共存；继续给相来的新型功能材料，其尺寸

5、伸缩可随外加磁场成比例变材料提供热量，直至完全融化，此时温度才继续上变化，其磁致伸缩系数远大于传统的磁致伸缩材料，升；当停止给相变材料加热时，相变材料开始凝固，具有应变大、响应速度快、能量传输密度高和输出力此时温度维持恒定，直至相变材料完全变成固体，温大等优点⋯。经实验测试，采用GMM的驱动器控制度才开始下降至室温。精度小于0．1Ixm，频宽大于1000Hz。GMM线性特性相对比较差，尤其受温度影响比较显著。实验研究：温度每升高1c【=产生的热应变引起的输出微位移误差约为最大应变的10。而GMM一般通过导电线圈产生磁场实现伸长，其磁滞时同和涡流损耗以及导电线圈都会产生热量，所以必须采图

6、1相变材料随温度的变化取有效的措施对GMM温度进行控制。文中采用了相1GMA的总体结构及工作原理变温控的方法，它是吸收型被动温控，不靠温差散如图2所示为GMA的总体结构图。预压螺帽1热，也不受外界环境温度的制约，并能使受控对象始与导向固定环4通过螺纹进行连接，输出杆3传递终稳定在需要的温度上；同时，相变温控装置体积GMM棒产生的位移，旋转预压螺帽1可以通过输出小、质量轻、不耗电、没有运动部件，且无复杂控制杆3和碟簧2向GMM棒施加预压力。导向固定环4系统。用于顶住线圈骨架8，同时对输出杆3有导向作用，相变材料是指在相变过程中能吸收或释放潜热，并通过螺钉与外壳11连接。元件5为导磁环，增

7、加且其温度维持不变的材料。如图1所示为给相变材料通过GMM棒的磁通量。驱动线圈9的骨架由绝热材一个热源、相变材料随温度变化情况。刚开始相变材料制成，固定驱动线圈9和偏置线圈lO。驱动线圈9料处于固态，随着时间的延续，相变材料的温度开始通电流产生磁场驱动GMM棒伸长；偏置线圈10产上升；当温度上升到相变材料的熔点时，温度维持恒生偏置磁场，使GMM棒工作在线性区。相变材料l2收稿日期：2013—06—15作者简介：李兵华(1987一)，男，硕士，研