大流量压电式高速开关阀设计与仿真测试

摘要

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10MPa下,输出流量17.4L/min,开启时间1.05ms,关闭时间0.85ms,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。