一種壓電慣性驅(qū)動液壓泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)電液一體化領(lǐng)域，具體涉及一種壓電慣性驅(qū)動液壓泵。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)特性好，便于精確控制等特點(diǎn)，在醫(yī)療/制藥、生物工程、化學(xué)分析、電子器件冷卻以及燃料供給等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，以壓電陶瓷為驅(qū)動元件實(shí)現(xiàn)液體傳輸?shù)膲弘姳糜卸喾N形式，根據(jù)是否有閥，壓電泵可分為有閥壓電泵(如主動閥壓電泵、被動閥壓電泵)和無閥壓電泵(如錐形管壓電泵、Tesla異形管壓電泵、Y形管壓電泵、蠕動式壓電泵以及新型仿魚鰭式壓電泵等)。
[0003]無閥壓電泵因?yàn)闆]有閥的限制可使泵在很高頻率下工作，其結(jié)構(gòu)簡單制造工藝要求不高，具有獨(dú)特的發(fā)展前景。但是因?yàn)闆]有單向閥，泵工作時液體回流現(xiàn)象嚴(yán)重，泵的工作壓力和截止性下降。故無閥壓電泵的缺點(diǎn)就是自吸能力差，輸出流量和壓力較小。
[0004]有閥壓電泵體積小、耗能低、無噪聲、無電磁干擾、適于微小型化、可根據(jù)施加電壓或頻率精確控制輸出流量等特點(diǎn)在醫(yī)療/制藥、生物工程及化學(xué)分析等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。不足之處是輸出壓力有限。因?yàn)楝F(xiàn)有提高壓電泵驅(qū)動能力采取的方法主要是施加高頻、高壓信號，高輸入電壓不利于電源集成化且壓電陶瓷易損壞，高頻驅(qū)動閥的響應(yīng)跟不上并造成額外的壓力損失。
[0005]壓電泵的發(fā)展趨勢為微小化、流量大及輸出壓力高，來滿足電子器件冷卻、藥物輸送、燃料電池燃料供給等領(lǐng)域的要求，目前的壓電泵在輸出流量、壓力等方面還不能完全滿足各種領(lǐng)域的需求。
[0006]本實(shí)用新型提出以壓電晶片或壓電疊堆為驅(qū)動源，利用慣性驅(qū)動原理，通過套筒帶動活塞往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)液體定向輸送。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型提供一種壓電慣性驅(qū)動液壓泵，以解決壓電泵輸出流量和壓力小、不能滿足實(shí)際需要的問題。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:采用壓電慣性驅(qū)動系統(tǒng)作為驅(qū)動單元，套筒的往復(fù)運(yùn)動通過活塞桿傳遞給活塞，配合單向閥實(shí)現(xiàn)液體定向輸送。
[0008]本實(shí)用新型一種實(shí)施方式是:液壓泵采用矩形壓電雙晶片作為驅(qū)動源，壓電雙晶片與連桿、摩擦塊、套筒構(gòu)成慣性驅(qū)動系統(tǒng)，活塞、泵體、出口、入口及單向閥共同構(gòu)成泵腔。
[0009]本實(shí)用新型一種實(shí)施方式是:液壓泵采用壓電疊堆作為驅(qū)動源，壓電疊堆與摩擦塊、套筒構(gòu)成慣性驅(qū)動系統(tǒng)，活塞、泵體、出口、入口及單向閥共同構(gòu)成泵腔。
[0010]本實(shí)用新型利用壓電慣性驅(qū)動機(jī)構(gòu)直線往復(fù)運(yùn)動，通過液體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換和動力傳遞，進(jìn)而將壓電晶片或壓電疊堆的高頻微幅振動轉(zhuǎn)換為液體大流量、高壓力輸出。
[0011]本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式中，包含至少一個壓電雙晶片、連桿、摩擦塊、套筒、活塞及泵體等部分。所述壓電雙晶片在非對稱性電信號作用下共振，由于變形速度不同，在粘滑原理作用下，套筒直線運(yùn)動，帶動活塞直線運(yùn)動，改變泵腔的容積；當(dāng)活塞向左運(yùn)動時，泵腔容積變大，壓力降低，致使進(jìn)口單向閥開啟，出口單向閥關(guān)閉，液體進(jìn)入泵腔；當(dāng)活塞向右運(yùn)動時，泵腔容積變小，壓力增大，致使進(jìn)口單向閥關(guān)閉，出口單向閥開啟，液體從泵腔流出，至此完成一個工作循環(huán)。當(dāng)壓電雙晶片在交變電壓作用下連續(xù)工作時，可實(shí)現(xiàn)液體的持續(xù)輸出。
[0012]本實(shí)用新型的另一個實(shí)施方式中，包含至少一個壓電疊堆、摩擦塊、套筒、活塞及泵體等部分。所述壓電疊堆在非對稱性電信號作用下共振，套筒帶動活塞直線運(yùn)動，改變泵腔的容積，配合單向閥，實(shí)現(xiàn)液體的持續(xù)輸出。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:結(jié)構(gòu)新穎，結(jié)合壓電慣性驅(qū)動與壓電液體驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)高頻、低壓電信號輸入轉(zhuǎn)化為低頻、高輸出壓力和流量的液體輸出。高頻共振狀態(tài)下壓電陶瓷能量轉(zhuǎn)化效率高，驅(qū)動能力強(qiáng)，有利于提高泵的輸出壓力；低壓電信號有利于驅(qū)動電源集成化設(shè)計制作；低頻、高輸出壓力液體輸出可滿足藥物輸送、燃料供給等領(lǐng)域的使用要求。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型壓電雙晶片慣性驅(qū)動液壓泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型壓電疊堆慣性驅(qū)動液壓泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型壓電慣性驅(qū)動液壓泵的驅(qū)動電信號波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明【具體實(shí)施方式】:
[0018]如圖1所示，導(dǎo)線孔1、導(dǎo)線2、夾緊塊3、壓電雙晶片4、右殼體5，連桿6、套筒7、摩擦塊8、左殼體14、夾緊塊15、圓形墊圈16，基板17構(gòu)成壓電慣性驅(qū)動系統(tǒng)；活塞桿9、泵體10、活塞11、入口 12、入口單向閥13、出口 18及出口單向閥19構(gòu)成液體泵送單元。當(dāng)給壓電雙晶片4施加與其一階固有頻率相等的非對稱性電信號時(詳見附圖3)，壓電雙晶片4工作在共振狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動信號處于整周期(T2)的前半周期時，電壓緩慢上升快速下降，致使壓電雙晶片4通過連桿6帶動摩擦塊8向右緩慢伸長、向左快速縮短，緩慢伸長時在摩擦力作用下套筒7隨摩擦塊8向右運(yùn)動、快速縮短時在慣性作用下套筒7保持原地不動，在連續(xù)電信號作用下，套筒持續(xù)向右運(yùn)動；當(dāng)驅(qū)動信號處于整周期(T2)的后半周期時，電壓快速上升緩慢下降，套筒7持續(xù)向左運(yùn)動。從整個周期來看，套筒7實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動，帶動活塞11往復(fù)運(yùn)動；當(dāng)活塞11向左運(yùn)動時，泵腔容積變大，壓力降低，致使進(jìn)口單向閥13開啟、出口單向閥19關(guān)閉，液體進(jìn)入泵腔；當(dāng)活塞11向右運(yùn)動時，泵腔容積變小，壓力增大，致使進(jìn)口單向閥13關(guān)閉、出口單向閥19開啟，液體從泵腔流出，至此完成一個工作循環(huán)。在連續(xù)交變電壓作用下，可實(shí)現(xiàn)液體的持續(xù)輸出。
[0019]如圖2所示，左殼體1、固定板2、壓電疊堆3、套筒4、摩擦塊5、右殼體6構(gòu)成壓電慣性驅(qū)動系統(tǒng)；活塞桿7、泵體8、活塞9、入口 10、入口單向閥11、出口 12、出口單向閥13共同構(gòu)成液體泵送單元。當(dāng)驅(qū)動信號處于整周期(T2)的前半周期時，電壓緩慢上升快速下降，致使壓電疊堆3帶動摩擦塊5向右緩慢伸長，向左快速縮短，緩慢伸長時在摩擦力作用下套筒4隨摩擦塊5向右運(yùn)動，快速縮短時在慣性作用下套筒4保持原地不動，在連續(xù)電信號作用下，套筒4持續(xù)向右運(yùn)動；當(dāng)驅(qū)動信號處于整周期(T2)的后半周期時，電壓快速上升緩慢下降，套筒4持續(xù)向左運(yùn)動。從整個周期來看，套筒實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動，帶動活塞9往復(fù)運(yùn)動，與單向閥11、13配合，實(shí)現(xiàn)液體連續(xù)輸出。
[0020]如圖3所示，激勵電信號采用特殊波形，一個整周期T2可以由若干個周期為Tl的非對稱波形組成；實(shí)際應(yīng)用時，根據(jù)壓電雙晶片或壓電疊堆的固有頻率選定Tl，使壓電元件工作在共振狀態(tài)，此時驅(qū)動能力最強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換率高；而周期T2為套筒往復(fù)運(yùn)動的周期，也是液壓泵工作的周期，由于一般單向閥響應(yīng)頻率不高，可根據(jù)泵的最佳工作頻率范圍來確定T2，從而實(shí)現(xiàn)高頻(對應(yīng)周期Tl)、低壓電信號輸入轉(zhuǎn)化為低頻(對應(yīng)周期T2)、高輸出壓力和流量的液體輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電慣性驅(qū)動液壓泵，其特征在于，采用壓電元件作為驅(qū)動源，并與連桿、套筒及摩擦塊共同構(gòu)成慣性驅(qū)動系統(tǒng)，在非對稱性交變電信號作用下，套筒的往復(fù)運(yùn)動通過活塞桿和活塞作用于被驅(qū)動液體上，從而實(shí)現(xiàn)液體的定向輸送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電慣性驅(qū)動液壓泵，其特征在于，所述液壓泵驅(qū)動電信號頻率等于壓電元件的一階固有頻率，壓電元件工作在共振狀態(tài)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種壓電慣性驅(qū)動液壓泵，屬于機(jī)電液一體化領(lǐng)域。該裝置采用矩形壓電雙晶片作為驅(qū)動源，壓電雙晶片與連桿、摩擦塊、套筒共同構(gòu)成慣性驅(qū)動系統(tǒng)，在非對稱性交變電信號作用下，套筒單向運(yùn)動。改變非對稱驅(qū)動電信號波形可實(shí)現(xiàn)套筒往復(fù)運(yùn)動，套筒通過活塞桿帶動活塞往復(fù)運(yùn)動，與單向閥配合實(shí)現(xiàn)液體的定向輸送。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)新穎，結(jié)合壓電慣性驅(qū)動與壓電流體驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)高頻、低壓電信號輸入轉(zhuǎn)化為低頻、高輸出壓力液體輸出，有利于驅(qū)動電源集成化設(shè)計。
【IPC分類】F04B17-00
【公開號】CN204436714
【申請?zhí)枴緾N201420838375
【發(fā)明人】溫建明, 郭和平, 馬繼杰, 張俊, 劉曉靜
【申請人】浙江師范大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月18日