0236-摩托車專用升降平臺設計
0236-摩托車專用升降平臺設計,摩托車,專用,升降,平臺,設計
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 摩托車專用升降平臺設計
一、選題的依據(jù)及意義：
1、選題的依據(jù):
隨著摩托車使用量的迅速增加，社會對摩托車維修工具和設備的工作效率也越來越高。由此原因，設計一種維修設備，它可根據(jù)摩托車維修部位的不同而隨時調整摩托車的位置，方便維修，減輕維修人員的勞動負荷從而提高工作效率，就成為必然需要。具有結構緊湊，占地面積小，安裝和拆卸操作方便，故障率低，常見故障易處理，維護方便等優(yōu)點的摩托車升降平臺，就可以滿足摩托車維修對提高工作效率的要求。本次畢業(yè)設計的題目來源于生產第一線，所設計的產品具有實用價值，已經有成熟產品生產。我們可以參考現(xiàn)有產品做出的改進設計，使產品機構更合理、更實用、更可靠。
2、選題的意義:
畢業(yè)設計使我們能綜合運用機械設計、液壓與氣壓傳動及其他所學專業(yè)課程的知識，分析和解決機械設計問題，進一步鞏固、加深和拓寬所學的知識。通過設計實踐，逐步樹立正確的設計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，熟悉掌握機械設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和及決問題的能力。通過設計計算、繪圖以及運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等有關資料，進行全面的機械設計基本技能的訓練。因此，它在我們的四年大學生活中占有重要的地位。
二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
升降平臺是一種多功能起重裝卸機械設備、升降平臺可分為：固定式和移動式。
固定是有：剪叉式升降貨梯、鏈條式升降機、裝卸平臺等。
移動式分為：四輪移動式升降平臺、二輪牽引式升降平臺、汽車改裝式升降平臺、手推式升降平臺、手搖式升降平臺、交直流兩用升降平臺、電瓶車載式升降平臺、 自行式升降平臺、柴油機曲臂自行式升降平臺、折臂式升降平臺、套缸式升降平臺、鋁合金升降平臺，起升高度從1米至20米不等。
還有符合特殊要求的特殊升降平臺。
升降平臺自由升降的特點目前已經廣泛運用于市政維修，碼頭、物流中心貨物運輸，建筑裝潢等，安裝了汽車底盤、電瓶車底盤等能自由行走，工作高度空間也有所改變，具有重量輕、自行走、電啟動、自支腿、操作簡單、作業(yè)面大，特別是能夠跨越障礙進行高空作業(yè)等360度自由旋轉優(yōu)點。
升降平臺的升降系統(tǒng)是靠液壓驅動的，被稱作液壓升降平臺。升降平臺還有柴油機、電動兩用旋轉式升降平臺，目前又出現(xiàn)了電瓶車載高空作業(yè)平臺升降平臺，它的特點是利用電瓶驅動、電瓶升降機、無級變速，使用戶的高空作業(yè)更安全、更方便，噪音小。
1、國內研究概況:
中國通用機械工業(yè)協(xié)會升降平臺分會了解到，我國每年升降平臺市場成交額高達500億元左右，但其中卻有100多億元的市場被國外升降平臺企業(yè)占領。他們認為，要改變這種現(xiàn)狀，提高升降平臺質量是關鍵。
升降平臺在機械產品中占有相當大的比重。據(jù)國外工業(yè)發(fā)達國家統(tǒng)計，升降平臺的產值是壓縮機、風機和泵三者的總和，約占整個機械工業(yè)產值的5%。同時，作為重大技術裝備的重要組成部分，尤其是在電力、石化、冶金、城市供排水系統(tǒng)中，升降平臺更是起著關鍵作用，而且用量非常大。
目前，我國升降平臺企業(yè)約6000余家，其中年產值超過500萬元的有900家。國內上市的升降平臺公司3家，即中核科技、洪城股份、廣東明珠。去年，中核科技主營業(yè)務收入2.35億元，洪城股份主營業(yè)務收入1.46億元，廣東明珠主營業(yè)務收入1.5億元。這些企業(yè)，無論是其規(guī)模，還是產品質量，目前都無法與國外同類企業(yè)抗衡。
造成目前我國升降平臺市場被動的原因主要有兩方面：一是國產升降平臺產品和進口產品比還有差距，質量有待提高；二是某些用戶國產化意識不強，甚至人為地設置門檻，使國內企業(yè)在與國外企業(yè)競標時難以中標。
我國企業(yè)目前生產的各種升降平臺普遍存在著外漏、內漏、外觀質量不高、壽命短、操作不靈活以及升降平臺電動裝置和氣動裝置不可靠等缺點，部分產品只相當于上個世紀八十年代初的國際水平。因此，發(fā)展升降平臺工業(yè)，亟待開發(fā)技術含量高的新產品。
2、國外研究概況:
近20年世界升降平臺工業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎升降機)和AT(全地面升降機)產品的迅速發(fā)展，打破了原有產品與市場格局，在經濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導致世界升降平臺市場進一步趨向一體化。目前世界升降平臺年銷售額已達75億美元左右。主要生產國 為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家，主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。
美國既是升降平臺的主要生產國，又是最大的世界市場之一。但由于日本、德國升降機工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產品的興起，美國廠商曾在20世紀60～70年代世界市場中占有的主導地位正逐步受到削弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經濟回升，市場活躍，外國廠商紛紛參與競爭。美國制造商的實力也有所增強，特雷克斯升降機公司的崛起即是例證。特雷克斯升降機公司前身是美國科林升降機廠。1995年以來，其通過一系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。
日本從20世紀70年代起成為升降平臺生產大國，產品質量和數(shù)量提高很快，已出口到歐美市場，年總產量居世界第一。自1992年以來，由于受日元升值、國內基建投資下降和亞洲金融危機影響，年產量呈下降趨勢。目前日本市場年需求量為3000臺左右。
歐洲是潛力很大的市場，歐洲各工業(yè)國既是升降平臺的出口國，也是重要的進口國。德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。在德國AT產品市場份額中，利勃海爾占53%，格魯夫占16%，德馬泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。
3、國內外發(fā)展趨勢:
目前，國內外升降平臺的發(fā)展趨勢主要有以下五個方面：
（1）升降平臺的全球化趨勢
伴隨著經濟全球化、現(xiàn)代技術革命，尤其是信息技術革命的發(fā)展，升降平臺的全球化趨勢不斷加強。升降平臺全球化主要包括產品制造的跨國化迅猛發(fā)展；價值鏈中與制造緊密相聯(lián)的各個環(huán)節(jié)朝著全球化方向邁進；升降平臺企業(yè)的跨國并購、重組和整合；制造資源在世界范圍內的調劑、共享和優(yōu)化配置；跨國界信息基礎設施的建設和維護正日益受到各國政府和企業(yè)界的重視，全球制造體系正在迅速形成等。
（2）以跨國公司為主導，產業(yè)鏈細分的趨勢
隨著經濟全球化，升降平臺的國際分工正由垂直分工發(fā)展到水平分工，甚至網(wǎng)絡分工。產業(yè)鏈被細分到空前的程度。發(fā)達國家憑借其技術優(yōu)勢，不僅將其低技術的產業(yè)轉移出去，即使在高技術產業(yè)領域，也是盡力搶占各產業(yè)的高技術和高附加值環(huán)節(jié)，將產業(yè)鏈條中的低技術環(huán)節(jié)轉移給處于較低發(fā)展水平的國家，從而完成價值鏈的分離和轉移，使其生產布局日益細化。
（3）以科技中心控制升降平臺中心的新趨勢
全球科技中心對升降平臺中心的控制主要通過跨國公司內部分工、扶持委托加工制造中心、強化低端產品對高端產品的依賴、核心技術對生產性技術的控制以及市場需求等方式來實現(xiàn)?？鐕驹谌蚋鞯氐教帉ふ业统杀镜耐顿Y區(qū)，他們不再僅僅考慮某個產品在哪里生產，而是著重考慮某個零件在哪里生產成本最低。一架波音747飛機有450萬個部件，來自近10個國家、1000多家大企業(yè)、1.5萬多家小企業(yè)?，F(xiàn)代升降平臺已不是簡單的工廠概念，它的中心已不在加工的積聚點上，而是全球化。
?。?）升降平臺的信息化、虛擬化趨勢
目前，國際上一些制造型企業(yè)已完成了信息化改造，全部采用CAD進行產品設計和計算機管理。信息化已徹底改變了傳統(tǒng)的業(yè)務流程和工作方法，因此，升降平臺的信息化將是21世紀升降平臺發(fā)展的重要趨勢。
虛擬制造系統(tǒng)運用仿真工具、控制工具、信息模型和設備以及組織方法等，提供一個顯示仿真過程的工作平臺。在這種平臺上建立一種虛擬環(huán)境，應用人類的知識、技術與感知能力，與虛擬的對象產生交互作用，對產品設計和生產制造活動進行全面的模擬和仿真，以達到產品開發(fā)和生產的周期最短、成本最低、質量最佳的效果。
（5）升降平臺的綠色化趨勢向環(huán)?；蚓G色化方向發(fā)展，成為升降平臺在21世紀的必由之路。環(huán)?；圃旎蚓G色化制造是綜合考慮環(huán)境影響和制造效率的現(xiàn)代制造模式，也是目前所倡導的循環(huán)經濟的一個方面，其目標和宗旨是使所制造的產品在從設計、制造、包裝、運輸、使用、維護直至報廢處理和善后處置的整個產品生命周期中，對環(huán)境的不利影響最小、而對資源的利用效率最大。
三、研究內容及實驗方案：
1、研究內容:
通過對摩托車專用升降平臺的技術參數(shù)，結合具體實例，對機構中兩種液壓缸布置方式分析比較，并根據(jù)要求對液壓傳動系統(tǒng)個部分進行設計計算最終確定液壓執(zhí)行元件-液壓缸，通過對叉桿的各項受力分析確定臺板與叉桿的載荷要求，最終完成摩托車專用升降平臺的設計要求。
2、實驗方案:
擬定設計一款以液壓驅動為升降系統(tǒng)的雙鉸接剪叉式升降平臺。
四、目標、主要特色及工作進度
1、主要目標:
根據(jù)老師給定的數(shù)據(jù)和技術要求，運用計算和CAD軟件繪圖等手段設計一款外形美觀、符合人機工程學、經濟實用、安全可靠的摩托車專用升降平臺。
2、 主要特色:
設計的摩托車專用升降平臺比現(xiàn)有的產品更合理、更經濟實用、更安全可靠，更綠色環(huán)保。
3、工作進度:
1、開題報告 第1周
2、總體方案設計 第2周
3、常規(guī)設計 第3周-第7周
4、成本核算 第8周-第10周
5、編寫畢業(yè)設計說明書 第11周-第14周
6、外文資料翻譯 第15周
五、參考文獻
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摩托車專用升降平臺設計
摘要: 升降臺的種類很多，按照升降結構的不同，可分為剪叉式升降臺、升縮式升降臺、套筒式升降臺、升縮臂式升降臺及折臂式升降臺等。液壓升降臺采用液壓驅動，整機由主機、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。
本文所介紹的摩托車專用升降臺最大載重量是500kg，它有兩部分組成：剪叉機構和液壓系統(tǒng)。剪叉機構的操作控制是由腳踏式液壓泵和液壓缸來完成的。這樣的液壓升降臺的設計通常根據(jù)設計參數(shù)要求，粗略估算剪叉尺寸，然后求出液壓缸推力，從而進行液壓缸選型。由于液壓缸的尺寸及擺放的位置不同，設計當中可能會產生干涉。解決的辦法是通過對機構中三種液壓缸布置方式的分析和比較，確立一種方案，并根據(jù)需要，設計最優(yōu)的剪叉機構，及對連接零件、滑動裝置的選型等。在滿足機構設計的基礎上，對受力較大的機構進行強度和剛度的校核，檢驗是否滿足設計要求。作為控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的設計很重要，這包括回路保壓設計，液壓泵的選取及其他元件的選型等。最終完成摩托車專用升降臺的設計。本設計借鑒了相關的資料，采用了相關的標準，充分的吸收了前人的寶貴的經驗。
關鍵詞：升降臺，液壓系統(tǒng)，剪叉機構，腳踏式液壓泵，液壓缸
THE DESIGN OF THE LIFT TABLE
RESERVED FOR MOTOR BICYCLE
Abstract : There are many types of lift table, according to the structure of the different movements ,which can be divided into scissors-lifts or shrink-lifts ,sleeve-lifts or shrink arm lifts and arm –folding lifts and so on . The hydraulic pressure actuation is used in hydraulic pressure lift table, and the whole machine was made of the main body, the hydraulic system and the control system.
Maximal load capacity of hydraulic press described by this paper is 500 kg , it has two parts: this scissors fork and hydraulic pressure system. This operation of the scissors fork is under the control of foot-operated hydraulic pump and hydraulic cylinder.Such hydraulic lifts are usually designed in accordance with the requirements of the design parameters, then the hydraulic cylinder thrust force is extracted by the sketchy estimate size.Thus the typle of the hydraulic cylinder can be sure. As the size of hydraulic cylinders and the positions for securing are different, it possibly have the interference in the design. The solution is to establish a programe through the analysis and comparison in the hydraulic cylinder layout.According to the need, we can design the optimal scissors fork, and select the connector of parts, sliding devices and so on. In the foundation of the design,the intensity and the rigidity examination to the large stress organization should bemade to examine whether that satisfy the design requirements. As the control system, hydraulic system's design is very important, including the design of the return route for guarantee presses, hydraulic pump's selection and other part's shaping and so on. In the entire process, the floor fluctuation and the turn over complete by hydraulic cylinder's expansion.Finally,the design of the lift table reserved for motor bicycle is completed.The design draws lessons from the pertinent data, has adopt the pertinent standard,and admit sufficiently the prehominid precious experience.
Keywords: lift table, hydraulic system, scissors fork mechanism, foot-operated hydraulic pump, hydraulic cylinder
目 錄
1 緒論
1.1 升降臺的發(fā)展現(xiàn)狀......................................... （1）
1.2 升降臺的發(fā)展前景......................................... （1）
1.3 摩托車升降臺的設計特點................................... （2）
1.4 摩托車升降臺的安全要求................................... （2）
1.4.1設計的安全要求.......................................... （2）
1.4.2其他安全要求............................................ （3）
2 摩托車升降臺的總體設計
2.1 設計參數(shù)及要求............................................ （4）
2.2 摩托車升降臺機構設計時應注意的問題........................ （4）
2.3 摩托車升降臺的兩種結構形式................................ （4）
2.4 摩托車升降臺機構中三種液壓缸布置方式的分析比較............ （5）
2.4.1問題的提出.............................................. （5）
2.4.2三種方案的分析和比較.................................... （5）
2.5 總體方案確定及總體設計.................................... （7）
3 摩托車專用升降臺的受力分析計算
3.1 實例分析.................................................. （8）
3.1.1摩托車專用升降臺的結構簡化.............................. （8）
3.1.2升降臺受力分析.......................................... （8）
3.2 實例計算................................................. （12）
3.2.1剪叉臂長度及液壓缸安裝位置的確定....................... （12）
3.2.2液壓缸推力的計算及選型................................. （14）
3.2.3其他力的計算........................................... （15）
4 各參數(shù)及結構設計
4.1 升降臺主要零部件材料的選擇............................... （17）
4.1.1底座材料的選擇......................................... （17）
4.1.2 液壓缸缸體尾部橫梁的材料選擇........................... （17）
4.1.3搭板的材料選擇......................................... （17）
4.1.4工作臺的材料選擇....................................... （17）
4.2 內外剪叉臂與底架連接的銷軸結構設計....................... （18）
4.3 軸套的結構設計........................................... （18）
4.4 滾輪的結構設計........................................... （18）
4.5 腳輪的選型............................................... （19）
5 液壓系統(tǒng)的分析與設計
5.1 負載分析................................................. （20）
5.2 液壓系統(tǒng)方案設計......................................... （20）
6 液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算與元件選擇
6.1 液壓泵的選擇............................................. （21）
6.1.1液壓泵壓力的計算....................................... （21）
6.1.2液壓泵的選擇........................................... （21）
6.2 液壓缸作用時間的計算..................................... （21）
6.3 油管的選擇............................................... （22）
7 強度校核
7.1 剪叉臂的強度校核......................................... （23）
7.2 液壓缸底架固定橫梁的強度校核............................. （25）
7.3 軸的強度校核............................................. （28）
7.3.1內剪叉臂固定端銷軸的強度校核........................... （28）
7.3.2液壓缸缸體尾部銷軸的強度校核........................... （28）
7.3.3液壓缸活塞桿頭部支撐軸的強度校核....................... （29）
8 校核
8.1 重量核算................................................. （30）
8.2 成本核算................................................. （30）
8.2.1成本的概念............................................. （30）
8.2.2產品生產成本項目....................................... （31）
8.2.3生產成本的核算......................................... （31）
9 結論........................................................（33）
參考文獻...................................................... （34）
致謝........................................................... （35）
II
Piezoelectric hydraulic drive design and testing
Jason ? rand le, Eric ? Anderson
In mountain view, California, the street 2565 nest, add empty bureau engineering company
MaKeDong ? raigor Prague
In mountain view, California, the street 2565 nest, the diamond advisory group
This paper introduces the design method of smart material is to build a use of hydraulic fluid dynamic provide the drive. In described drives, hydraulic oil from the hard drive of the frequency of piezoelectric or other intelligent material separation output cylinder of running frequency. This kind of decoupling permitted in high frequency piezoelectric driven by extracting substances, large energy highest in low frequency, and hydraulic cylinder driving provide long stroke. However, due to follow the compressibility of fluid and structural, basic impedance matching and fluid piezoelectric hard to energy conversion between pressurized piezoelectric hydraulic overflows into. In materials, mechanical design, and fluid mechanical interface field of basic design weigh and important technical problems is debatable. Puts forward prototype equipment and components measurement. Introduce test methods, test quantitative pump, pressure and flow out power and speed. A series of experiments show that by intelligent materials with powerful long stroke drive the possibility of the device.
Keywords: piezoelectric, intelligent materials, piezoelectric hydraulic, drive, power wires, pumps
introduction
Intelligent piezoelectric materials, such as magnetic limit and electric limited in precise control long-term use. Because of its deformation ability is limited, these materials are usually not used for large linear motion drive. The last decades appear relied on various techniques to increase from the driving force of smart material core design. One common is the mechanical amplifier or transformation, such as those who are using the lever and the fulcrum, and repeat types, such as step, peristalsis. Recently, researchers have realized integrated intelligent materials and liquid, make a fundamental part of the pump to the possibility of using linear driver. This new method to realize long stroke high power drive.
And includes regular servo hydraulic and various electromagnetic type, compared to other types of drive, piezoelectric hydraulic drive has his merits and demerits. Compared with the traditional hydraulic pressure, the main advantage displays in wire aspects, namely, eliminate hydraulic distribution circuit. Compared with electromagnetic method, including motor drive the ball screw, piezoelectric hydraulic drive with powerful hydraulic and potentially more rapid response time. Compared with conventional methods, a new type of drive in thermal hydraulic oil distribution and have drawbacks. Compared with electromagnetic drives, although use a small amount of hydraulic oil, new drive still need electrical and hydraulic integration. Piezoelectric hydraulic drive many of these characteristics and electric limit drives (EHAs) is the same, such as joint strike fighter planes in. EHAs than other piezoelectric hydraulic drive in the energy density of piezoelectric materials themselves have a potential advantage. Extracting this energy is a daunting task, this paper tries to describe many current development efforts some of the challenges.
The overall design goal is to through different stages by piezoelectric stack components by a drive conversion power input output VAT will mechanical power to external load. Piezoelectric smart material, design began piezoelectric fluid interface, extends across the valve, and finally to output cylinder. Although the electronic drive drive in other local discussion, but it is also a consideration. Like many system, overall design is a comprehensive and repeated work, a single component can be design, but need to design combined with other subsystems. Subsystem and system level in this process test components. Tests to individual elements of the interaction between niv as characteristics. The total output (mechanical equipment strength, speed, or power) measure and maximization is the ultimate goal.
This paper expounds the solid-liquid mixture drive, the operation and prominent illustrate the basic concept of the limitations. Put forward the design concept of actuators, and expounds the next each key subsystems. Review of important priority piezoelectric properties of application. Decided to pressure the room design and describing the prototype device. Analysis of some or all parts of test methods and characteristics of the value of each method is emphasized. This article through the test results and explain how generation of piezoelectric hydraulic equipment conclusions.
Solid-liquid mixer driven
The more widely spoken, piezoelectric hydraulic or intelligence material hydraulic drive can be called "solid-liquid mixture" driver. The energy transferred to intelligent materials production pressurized fluids. Then mechanical valve adjusting oscillation fluid pressure to pressure fluid flow. With hydraulic accumulator and another valve, solid medium can not required load frequency operation. Generally speaking, solid drive running more often than required load frequency, maybe reach 100 times.
Although theoretically is attractive, but the actual restrictions would limit solid-liquid mixture drive mode efficiency. In particular, fluid viscosity and compression combined with active substances inherent in the mechanism, to limit the loss of drivers and total output power effectively drive bandwidth. Meanwhile, if the maximum power drive is available to drive mechanical load, must be very carefully designed to transport and output fluid with drive characteristic.
Drive concept
Intelligent materials hydraulic transmission main part of the basic concepts as shown in figure 1 below. This concept with the real photos in box design shown in figure 5 form. This device from external interface gain power and instructions and back to the remote sensing data (such as loading or displacement) state or safety information. Micro controller or low-end digital signal processor (DSP) necessary calculations, to match the instructions, transmission remote sensing information, to regulate the drive and valve timing. High power amplifier drive major intelligence material drive, low power amplifier drive any of the active valve. The main pressure drive the fluid pressure chamber, compression and valve quickly transmission fluid and cavities, battery, and output equipment. Output driver piston driven frequency range for internal drive drive frequency 1/100 to 1/50. Driver output driver loaded, and transmission of remote sensing data, such as banner global perspective, is to provide the embedded controller.
Piezoelectric materials and brake
In the past 20 years of development and evolution of equipment, the use of piezoelectric actuator has already been accepted for is different from many "intelligent structure" application. High density and high energy transfer is the basic demand, not accurate location or vibration control.
Hybrid drive needs intelligent material used in the main pressure and some architecture, as a means to promote positive valves. Due to a variety of reasons, the choice is superior to other piezoelectric materials of choice. Compared to a size and piezoelectric bandwidth requirements of the shape memory materials, therefore, in the high frequency of ability is offered under pressure should consider above all. Compared to magnetic limit, piezoelectric materials to generate lower energy density, and when including auxiliary field coil generated when the greater density. Compared to electricity is restricted, piezoelectric materials and drives have more choices. Usability. But, analysis, modeling and design of the intelligent materials shall be excluded any ignorant.
In piezoelectric materials, important is the number of power density unit volume or unit, i.e. the mechanical power quality of output produced. Mechanical energy conversion to electricity electromechanical coupling coefficient should be high. Because important is not only equipment, but also because the one-time operation driving mode need many cycles, other factors is also very important. Dielectric loss have very important three reasons. First, it shows that the output power into machine from waste of energy conversion. Second, in continuous high driver heat generation may cause material degradation. Finally, heat must be drive body abreaction part. High Curie temperature is desirable, so that in the environment of high temperature operation drive since heating makes temperature rise further. And control other high power application of these properties instead, such as mentioned here, common focus on one of d33 and d31 piezoelectric coefficient.
Piezoelectric materials will be used in equipment stack device configuration. This stack should be mechanical stiffness, namely sandwich thin little or cover. However, the stack shape can be optimized to produce very matching fluid stiffness. It should be the rough, and no mechanical internal stress. It must be able to withstand high heat, and operates in more than a billion cycle power and mechanical stress environment. This application needs at least some other aspects of the cycle. Imagine in 2000 hz operation 140 hours of drive test over one billion cycles.
conclusion
This paper proposes a concept that is driven by using intelligent materials, such as piezoelectric, combined with hydraulic transmission manufacturing compact hybrid device. Intelligent materials used for low power positioning or vibration control, but of their inherent advantage is that they inherent one of high-energy or power density. It can use multiple ways of development, this article describes is one of them.
Basic modeling consideration for this type of piezoelectric hydraulic drive is introduced in this paper. Explains the basic operation, and summarized the viscosity, compression and the lack of internal valve opening. Particularly suitable for the actual device has been submitted. Parts of key subsystem and discussed, and highlighted in each subsystem and interactive subsystems design important factors into account. Solve the problem and drive piezoelectric materials.
To achieve high internal pressure is discussed design considerations. In this type of equipment fierce piezoelectric actuators and short column fluid of match between impedance is vital. This paper points out several types of experiment, and expounds the overall installation test equipment. Puts forward a equipment, and typical result is currently in development of other high-speed equipment.
acknowledgement
This paper introduces the defense advanced research projects agency compact mixer driven project funded the development, this project under with the air force research laboratory has signed the contract. The author thank sponsor and gray, Gregory power ? ? Hector bart and, Brian warner contribution ? Richards.
壓電液壓驅動器的設計和測試
杰森?蘭德勒，埃里克?安德森
加州山景里窩那街2565號，加空局工程公司
馬克東?瑞格布拉格
加州山景里窩那街2565號，菱形顧問組
摘要
本文介紹的設計方法是建設一個使用智能材料提供液壓流體動力的驅動器。在被描述的驅動器類，液壓油從硬盤頻率壓電或其他智能材料中分離輸出缸的運行頻率。這種解耦允許在高頻壓電驅動，以提取物質的最高大量能源，以及液壓缸在低頻驅動提供長沖程。然而，由于遵循流體的可壓縮性和結構性，基本阻抗匹配和流體之間的壓電很難能量轉換成加壓壓電液壓油流。在材料，機械設計，以及流體機械接口領域的基本設計權衡和重大技術問題存在爭論。提出原型設備和元件測量。介紹測試方法，測試量化泵壓力和流量，得出動力量和速度。一系列的試驗表明由智能材料提供強力長沖程驅動的裝置的可能性。
關鍵詞：壓電，智能材料， 壓電液壓 ，驅動，電源的電線，水泵
導言
智能材料，如壓電， 磁限和電限長期應用在精確控制方面。由于其形變能力有限，這些材料通常沒有用于要求大量直線運動的驅動器。近幾十年出現(xiàn)了依靠各種技術增加來自智能材料核心的驅動力的設計。其中常見的是機械放大或轉型，如那些正在使用的杠桿和支點，并分步重復類型，例如，蠕動。最近，研究人員已經認識到整合智能材料和液體，使泵的一個基本組成部分加以利用線性驅動的可能性。這種新方法有望實現(xiàn)長沖程高功率驅動。
與包括常規(guī)伺服液壓和各種電磁類型在內的其他類型的驅動相比，壓電液壓驅動有優(yōu)點，也有缺點。相比傳統(tǒng)液壓，主要優(yōu)點表現(xiàn)在電線方面，即消除液壓配電線路。與電磁方法相比，包括電機驅動滾珠絲杠，壓電液壓驅動提供強力液壓和潛在的更迅速的響應時間。相比于傳統(tǒng)液壓，新型驅動器在熱分布和漏油方面有不利之處。與電磁驅動器相比，盡管使用少量液壓油，新型驅動器仍然需要電氣和液壓一體化。壓電液壓驅動的這些特點中有許多和電限驅動器（ EHAs ）的是相同的 ，如用在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機。壓電液壓驅動比其他EHAs在壓電材料本身的能量密度方面有一個潛在的優(yōu)勢。提取這種能量是一項艱巨的任務，本文試圖描述許多當前發(fā)展努力的挑戰(zhàn)中的一些。
整體設計目標是要通過不同階段由壓電棧元件轉換電力輸入由一個驅動器輸出缸將機械動力傳到外部負載。設計始于壓電智能材料，延伸到壓電流體界面，通過閥門，并最終到輸出缸。盡管電子驅動器的驅動器在其他地方討論，但它也是一個考慮。像許多系統(tǒng)，整體設計是一項綜合性和反復的工作，單個的組件能夠被設計，但需要重新設計與其他子系統(tǒng)相配合。子系統(tǒng)和系統(tǒng)級在這一進程中測試元件。測試以個別要素之間的互動和合作為特點。設備的總機械輸出（力量，速度，或電量）的衡量和最大化是最終目標。
本文闡述了在固液混合驅動，可說明的操作和突出的局限性方面的基本概念。提出執(zhí)行器的設計理念的下一步，和闡述各個關鍵子系統(tǒng)。審議壓電性能重要的優(yōu)先性的應用。決定加壓室的設計和描述原型器件。分析部分或全部器件特性的各種測試方法，強調每種方法的價值。本文通過測試結果和解釋對多代壓電液壓設備得出結論。
固液混合驅動
更廣泛地說，壓電液壓或智能材料液壓驅動可稱為“固液混合”驅動。能源傳送到智能材料生產加壓流體。然后機械閥調整振蕩流體壓力促使加壓流體流動。由于有液壓蓄能器和另一個閥門，固體介質可以不在所要求的負荷時的頻率下運行。一般來說，固體驅動器運行的頻率遠高于所要求的負荷時的頻率，也許達到100倍。
雖然理論上是吸引人的，但實際的限制會限制固液混合驅動方式的效率。特別是，流體粘度和壓縮結合活性物質的機制中所固有的損失，以限制驅動器和驅動器的總輸出功率有效帶寬。同時，如果最大功率驅動器是可用來驅動機械負荷，必須非常小心地設計使流體的輸送和輸出符合驅動器的特點。
驅動器概念
智能材料液壓傳動的主要部分的基本概念如圖1所示。這一概念連同設計的實物照片在框形圖5中顯示出來。該器件從外部接口獲得電力和指令并傳回遙感數(shù)據(jù)（例如加載或位移）狀態(tài)或安全信息。微控制器或低端數(shù)字信號處理器(DSP)進行必要的計算，以配合指令，傳送遙感信息，規(guī)范驅動和閥門定時。高功率放大器驅動主要的智能材料驅動器，低功率放大器驅動里的任何活躍閥門。主要的加壓驅動器壓縮加壓室中的流體，并且閥門迅速傳送流體進出腔體、蓄電池和輸出設備。輸出驅動器活塞驅動頻率范圍為內部驅動器驅動頻率的1/100到1/50。驅動器輸出驅動負載，和傳輸全球遙感數(shù)據(jù)，如旗幟角度，是提供給嵌入式控制器。
壓電材料和制動器
在過去20年設備的發(fā)展和演變中，壓電驅動器的使用已被公認為是不同于許多“智能結構”的應用。高能量密度和高能量傳遞是基本的需求，而不是精確定位或振動控制。
混合驅動器需要智能材料應用在主要壓力和某些架構，作為一種手段來推動積極閥。由于多種原因，選擇壓電材料優(yōu)于其他的選擇。相比于有尺寸和壓電帶寬要求的形狀記憶材料，因此，在高頻下提供壓力的能力是應首先考慮的。相比于磁限 ，壓電在材料里產生較低的能量密度，而當包括輔助領域線圈時產生更大的密度。相比于電限，壓電材料和驅動器有更多的選擇。可用性大得多。但是，對分析、建模和設計的一無所知將排除任一智能材料。
在壓電材料中，重要的數(shù)量是功率密度，即單位體積或單位質量產生的機械功率輸出量。機械能轉換為電能的機電耦合系數(shù)應該是高的。因為重要的不僅僅是設備的一次性運作，還因為驅動方式需要許多周期，其他因素也很重要。介電損耗有非常重要的三個原因。首先，它表明從電能輸入到機械輸出轉換的能源浪費。第二，在持續(xù)高驅動時產生的熱量可能會導致材料退化。最后，熱量必須被驅動器體消散一部分。高居里溫度也是可取的，以便在高溫環(huán)境中作業(yè)驅動器自加熱使溫度進一步提高。與控制其他高功率應用的這些特性相反，如這里提到的之一，共同側重于壓電系數(shù)d33和d31 。
壓電材料將用于設備的堆棧器配置。這堆棧應該是機械僵硬，即夾層薄薄的一點或端蓋。然而，堆棧形狀可以優(yōu)化產生非常匹配流體介質的剛度。它應該是機械的不平，且無內部制造壓力。它必須能夠承受較高的熱，及運作超過十億周期的電力和機械應力環(huán)境。此應用至少需要一些其他方面的周期。設想在2000赫茲運作140小時的驅動器試驗超過10億周期。
結論
本文提出了一個驅動的概念，即利用智能材料，如壓電，結合液壓傳動制造緊湊型混合動力裝置。智能材料常常被用于低力量定位或振動控制，但它們內在的優(yōu)勢之一是它們固有的高能量或功率密度。這可以利用多種方式開發(fā)，本文描述的就是其中之一。
基本建?？紤]對這一類型壓電液壓驅動器作了介紹。解釋了基本的操作，并綜述了粘度、壓縮和內部閥開口不足的限制。特別適合于實際的設備已提交。對關鍵分系統(tǒng)和部件進行了討論，并且突出了在每個子系統(tǒng)和互動的子系統(tǒng)的設計中重要因素的考慮。解決了有關壓電材料和驅動器的問題。
對實現(xiàn)高內部壓力的設計考慮進行了討論。在這種類型的設備中激烈壓電驅動器和短柱流體之間的匹配阻抗是至關重要的。本文指出了幾種類型的試驗，和闡述了設備的全面安裝測試。提出了一個設備典型的結果，和目前正處于發(fā)展的其他高速設備。
鳴謝
本文介紹了驅動器在國防部高級研究計劃局緊湊型混合驅動項目資助下的發(fā)展，該項目與空軍研究實驗室簽訂了合同。作者感謝主辦者以及格雷戈?包爾斯、布萊恩?赫巴特和理查?華納的貢獻。
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