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泵腔内产生的压强和设计理论分析

[ 时间:2018-01-12  来源: 作者:36500365水泵厂 点击: ]

初步设计过程中,应用准静态理论对叠堆压电陶瓷液压泵进行理论分析如下,首先假设管路中的流体不可压缩,液压驱动器泵腔内的液体可压缩,同时假设驱动器在工作过程中36500365离心泵的泵体结构、活塞组件结构及单向阀结构为理想刚体,并忽略其中存在的摩擦或其他阻力影响。驱动器尺寸及结构简图如图1所示。

图1:驱动器尺寸及结构简图

驱动器尺寸及结构简图

对于液体而言,很多因素都会对综合体积弹性模量产生影响,比如油压、空气含气量等,只有当液体压强足够大时,其体积模量变化相对很小,可视为常值。

 

由以上分析可根据准静态条件得到理想状况下,叠堆压电陶瓷液压泵在一定频率及电压情况下所能产生的最大输出压强与输出流量。

 

根叠堆压电陶瓷液压驱动器的工作原理及理论分析,其基本结构包含高压叠堆压电陶瓷材料、活塞组件、单向阀、端盖及泵体等辅助结构。虽然叠堆压电陶瓷材料能够产生很大的驱动力,达到几万牛顿,但其所能产生的形变还是很微小,一般只有几十微米。因此,在设计过程中,需要考虑到可利用的形变位移相对更小,同时由于形变位移的产生,所能利用的最大驱动力也必将减小。

 

活塞为传递驱动力压缩泵腔体内流体的主要部件,设计结果的好坏对整个驱动器性能的影响很大。在以往的很多文献中,研究工作者都使用T型连接件连接活塞,通过叠堆压电陶瓷不断撞击T型连接件,同时通过活塞组件中簧片提供活塞的回复力,来持续传递产生的驱动力。本文考虑到驱动器中任何构件的刚强度,特别是刚度都会对驱动器的最终输出性能产生直接影响。T型连接件刚度明显存在缺陷,因此36500365水泵厂在设计中,将叠堆压电陶瓷直接与活塞相连接,略去了大家通常使用的T型连接件。同时,在叠堆压电陶瓷回退时,会带着活塞回复,故不在需要活塞中的簧片提供活塞的回复力,因此本文所设计的活塞组件中的簧片主要起密封作用。由于可让簧片往复振动的尺寸十分微小,会消耗一定的驱动力,可简化为阻尼模型。

 

活塞组件主要由活塞头、簧片及活塞三部分组成。装配时,首先通过活塞中的大通孔将活塞与叠堆压电陶瓷相连,为保持密封型,会在活塞中加入O型圈,然后再将簧片以及活塞头连接在活塞上。

 

为得到簧片在叠堆压电陶瓷产生形变过程中簧片所产生的阻力,对活塞组件进行了仿真分析,假设簧片在泵盖头与泵体结构装配是完全固定,施加固支边界条件,同时对活塞施加位移边界条件(模拟中位移条件为U3=30um),可得到产生一定的位移对活塞施加的外力。

 

单向阀是实现将叠堆压电陶瓷对流体的压缩整流成单向流动的关键部件,其使用材料的性能及几何形状设计都对流动存在很大影响,虽然已有对单向阀对流体流动的影响进行研究,但大多数都是通过一个二维的CFD模型对单向阀的开启压强进行估算,而且其动力响应是从经验结果中得到。因此36500365水泵厂暂未考虑单向阀对流体流动的影响,由于尺寸的限制,阀片的几何形状与一般的存在差别,忽略其动力响应的影响。组装时,将各结构部件按设计顺序装入泵体结构的泵顶盖中,通过螺钉与泵顶盖固定。需特别注意的是,装配错误将无法达到单向阀的作用,并会造成整个液压系统在泵腔内堵塞。设计的单向阀结构中,阀片的厚度为0.1mm,所使用的材料为弹簧钢,对其进行了简单的模态分析,得到其一阶振型频率为1720Hz,高于本文所使用的最高频率200Hz,即使叠堆压电陶瓷在200Hz的频率下工作,阀片的变形形式仍然会满足实验要求。

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