机械工程学报

作者：俞军涛, 焦宗夏, 吴帅

单位：1. 山东大学(威海)机电与信息工程学院 威海 264200;2. 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京 100191

关键词：压电执行器,位移放大,高速开关阀,流量特性,启闭时间；

基金：国家自然科学基金（51235002）和山东省重点研发计划（2019JZZY010337）资助项目。

针对目前高速开关阀快速性的不足及大流量的需求，利用压电晶体响应快速的特点，设计一种压电直动式高速开关阀，采用压电执行器直接驱动锥阀式阀芯结构，控制开关阀开启和关闭。设计桥式位移放大结构，放大压电执行器的输出位移，提高开关阀的控制流量。为补偿锥阀式阀芯结构开启、关闭过程中的液动力波动，提出锥阀+滑阀的组合式阀芯结构，建立其液动力模型，分析开关阀启闭过程中的负载力变化。建立压电直动式高速开关阀的数学模型，结合AMESim仿真软件分析、优化影响其性能的设计参数。搭建压电高速开关阀静态流量及动态启闭特性的试验测试平台，测试开关阀流量特性、启闭时间等性能指标，分析PWM控制载波频率及占空比与开关阀静态、动态流量之间的关系。基于设计参数仿真和实物样机试验测试结果表明，设计的压电式开关阀在压力10 MPa下，输出流量17.4 L/min，开启时间1.05 ms，关闭时间0.85 ms，实现大流量与快速性的要求。研究工作可为高速开关阀精确流量控制提供理论基础，对于拓展数字液压技术的应用具有重要意义。

来源：2020年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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