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        電液伺服閥新型材料的采用

        來源: 時間:2012-04-12 14:36:47 瀏覽次數:

        當前在電液伺服閥研制領域的新型材料運用,主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎的轉換器研制開發。它們各具有其自己的優良特性

        當前在電液伺服閥研制領域的新型材料運用,主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎的轉換器研制開發。它們各具有其自己的優良特性。

        2.1 壓電元件
        壓電元件的特點是“壓電效應”:在一定的電場作用下會產生外形尺寸的變化,在一定范圍內,形變與電場強度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷(PZT)、電致伸縮材料(PMN)等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動式伺服閥的原理是:在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應使壓電材料產生伸縮驅動閥芯移動。實現電-機械轉換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設置一與壓電疊堆固定連接的擋板,由壓電疊堆的伸、縮實現擋板與噴嘴間的間隙增減,使閥芯兩端產生壓差推動閥芯移動。目前壓電式電-機械轉換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應用。它具有頻率響應快的特點控制工程網版權所有,伺服閥頻寬甚至能達到上千赫茲,但亦有滯環大、易漂移等缺點,制約了壓電元件在電液伺服閥上的進一步應用。
        2.2 超磁致伸縮材料
        超磁致伸縮材料(GMM)與傳統的磁致伸縮材料相比,在磁場的作用下能產生大得多的長度或體積變化。利用GMM轉換器研制的直動型伺服閥是把 GMM轉換器與閥芯相連,通過控制驅動線圈的電流,驅動GMM的伸縮,帶動閥芯產生位移從而控制伺服閥輸出流量。該閥與傳統伺服閥相比不僅有頻率響應高的特點,而且具有精度高、結構緊湊的優點。目前,在GMM的研制及應用方面,美國、瑞典和日本等國處于領先水平。國內浙江大學利用GMM技術對氣動噴嘴擋板閥和內燃機燃料噴射系統的高速強力電磁閥,進行了結構設計和特性研究。從目前情況來看GMM材料與壓電材料和傳統磁致伸縮材料相比,具有應變大、能量密度高、響應速度快、輸出力大等特點。世界各國對GMM電-機械轉換器及相關的技術研究相當重視,GMM技術水平快速發展,已由實驗室研制階段逐步進入市場開發階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數匹配等方面的問題以利于在高科技領域得到廣泛運用。
        2.3 形狀記憶合金
        形狀記憶合金(SMA)的特點是具有形狀記憶效應。將其在高溫下定型后,冷卻到低溫狀態,對其施加外力。一般金屬在超過其彈性變形后會發生永久變形,而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后,會恢復其原來高溫下的形狀。利用其特性研制的伺服閥是在閥芯兩端加一組由形狀記憶合金繞制的SMA執行器,通過加熱和冷卻的方法來驅動SMA執行器,使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長或收縮,驅動閥芯作用移動,同時加入位置反饋來提高伺服閥的控制性能。從該閥的情況來看,SMA雖變形量大,但其響應速度較慢,且變形不連續,也限制了其應用范圍。
        與傳統伺服閥相比,采用新型材料的電-機械轉換器研制的伺服閥,普遍具有高頻響、高精度、結構緊湊的優點。雖然目前還各自呈在某些關鍵技術需要解決,但新型功能材料的應用和發展,給電液伺服閥的技術發展發展提供了新的途徑。

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