摩托車專用升降平臺(tái)設(shè)計(jì)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）英文資料翻譯
題目 壓電液壓驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和測(cè)試
摘要
本文介紹的設(shè)計(jì)方法是建設(shè)一個(gè)使用智能材料提供液壓流體動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)器。在被描述的驅(qū)動(dòng)器類，液壓油從硬盤(pán)頻率壓電或其他智能材料中分離輸出缸的運(yùn)行頻率。這種解耦允許在高頻壓電驅(qū)動(dòng)，以提取物質(zhì)的最高大量能源，以及液壓缸在低頻驅(qū)動(dòng)提供長(zhǎng)沖程。然而，由于遵循流體的可壓縮性和結(jié)構(gòu)性，基本阻抗匹配和流體之間的壓電很難能量轉(zhuǎn)換成加壓壓電液壓油流。在材料，機(jī)械設(shè)計(jì)，以及流體機(jī)械接口領(lǐng)域的基本設(shè)計(jì)權(quán)衡和重大技術(shù)問(wèn)題存在爭(zhēng)論。提出原型設(shè)備和元件測(cè)量。介紹測(cè)試方法，測(cè)試量化泵壓力和流量，得出動(dòng)力量和速度。一系列的試驗(yàn)表明由智能材料提供強(qiáng)力長(zhǎng)沖程驅(qū)動(dòng)的裝置的可能性。
關(guān)鍵詞：壓電，智能材料， 壓電液壓 ，驅(qū)動(dòng)，電源的電線，水泵
導(dǎo)言
智能材料，如壓電， 磁限和電限長(zhǎng)期應(yīng)用在精確控制方面。由于其形變能力有限，這些材料通常沒(méi)有用于要求大量直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器。近幾十年出現(xiàn)了依靠各種技術(shù)增加來(lái)自智能材料核心的驅(qū)動(dòng)力的設(shè)計(jì)。其中常見(jiàn)的是機(jī)械放大或轉(zhuǎn)型，如那些正在使用的杠桿和支點(diǎn)，并分步重復(fù)類型，例如，蠕動(dòng)。最近，研究人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到整合智能材料和液體，使泵的一個(gè)基本組成部分加以利用線性驅(qū)動(dòng)的可能性。這種新方法有望實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程高功率驅(qū)動(dòng)。
與包括常規(guī)伺服液壓和各種電磁類型在內(nèi)的其他類型的驅(qū)動(dòng)相比，壓電液壓驅(qū)動(dòng)有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。相比傳統(tǒng)液壓，主要優(yōu)點(diǎn)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(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，壓電液壓驅(qū)動(dòng)提供強(qiáng)力液壓和潛在的更迅速的響應(yīng)時(shí)間。相比于傳統(tǒng)液壓，新型驅(qū)動(dòng)器在熱分布和漏油方面有不利之處。與電磁驅(qū)動(dòng)器相比，盡管使用少量液壓油，新型驅(qū)動(dòng)器仍然需要電氣和液壓一體化。壓電液壓驅(qū)動(dòng)的這些特點(diǎn)中有許多和電限驅(qū)動(dòng)器（ EHAs ）的是相同的 ，如用在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)。壓電液壓驅(qū)動(dòng)比其他EHAs在壓電材料本身的能量密度方面有一個(gè)潛在的優(yōu)勢(shì)。提取這種能量是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，本文試圖描述許多當(dāng)前發(fā)展努力的挑戰(zhàn)中的一些。
整體設(shè)計(jì)目標(biāo)是要通過(guò)不同階段由壓電棧元件轉(zhuǎn)換電力輸入由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸出缸將機(jī)械動(dòng)力傳到外部負(fù)載。設(shè)計(jì)始于壓電智能材料，延伸到壓電流體界面，通過(guò)閥門(mén)，并最終到輸出缸。盡管電子驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器在其他地方討論，但它也是一個(gè)考慮。像許多系統(tǒng)，整體設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性和反復(fù)的工作，單個(gè)的組件能夠被設(shè)計(jì)，但需要重新設(shè)計(jì)與其他子系統(tǒng)相配合。子系統(tǒng)和系統(tǒng)級(jí)在這一進(jìn)程中測(cè)試元件。測(cè)試以個(gè)別要素之間的互動(dòng)和合作為特點(diǎn)。設(shè)備的總機(jī)械輸出（力量，速度，或電量）的衡量和最大化是最終目標(biāo)。
本文闡述了在固液混合驅(qū)動(dòng)，可說(shuō)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(shè)計(jì)理念的下一步，和闡述各個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)。審議壓電性能重要的優(yōu)先性的應(yīng)用。決定加壓室的設(shè)計(jì)和描述原型器件。分析部分或全部器件特性的各種測(cè)試方法，強(qiáng)調(diào)每種方法的價(jià)值。本文通過(guò)測(cè)試結(jié)果和解釋對(duì)多代壓電液壓設(shè)備得出結(jié)論。
固液混合驅(qū)動(dòng)
更廣泛地說(shuō)，壓電液壓或智能材料液壓驅(qū)動(dòng)可稱為“固液混合”驅(qū)動(dòng)。能源傳送到智能材料生產(chǎn)加壓流體。然后機(jī)械閥調(diào)整振蕩流體壓力促使加壓流體流動(dòng)。由于有液壓蓄能器和另一個(gè)閥門(mén)，固體介質(zhì)可以不在所要求的負(fù)荷時(shí)的頻率下運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，固體驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行的頻率遠(yuǎn)高于所要求的負(fù)荷時(shí)的頻率，也許達(dá)到100倍。
雖然理論上是吸引人的，但實(shí)際的限制會(huì)限制固液混合驅(qū)動(dòng)方式的效率。特別是，流體粘度和壓縮結(jié)合活性物質(zhì)的機(jī)制中所固有的損失，以限制驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器的總輸出功率有效帶寬。同時(shí)，如果最大功率驅(qū)動(dòng)器是可用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)荷，必須非常小心地設(shè)計(jì)使流體的輸送和輸出符合驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)。
如圖1所示是目前發(fā)展?fàn)顩r下通用的設(shè)備。圖中，設(shè)備組成有幾個(gè)要素組成：剛度為k的固態(tài)要素推動(dòng)面積為A1的活塞對(duì)工作流體加壓，流體通道通過(guò)四個(gè)閥門(mén)將加壓室與液壓輸出缸和累加器相連接。
圖1 ：固液混合驅(qū)動(dòng)器概念
圖2顯示了混合驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作順序。閥門(mén)開(kāi)口定時(shí)使加壓流體到一個(gè)輸出缸的分室。固態(tài)驅(qū)動(dòng)器在沖程時(shí)，任一的輸出活塞缸的端口是直接通向累加器腔的，使得輸出活塞在每個(gè)腔內(nèi)分離出不同的容積。一旦加壓沖程已經(jīng)到達(dá)了極限，閥門(mén)開(kāi)口就會(huì)調(diào)整，以使加壓腔從低壓輸出缸和累加器腔吸取流體。流體的這種流離從輸出活塞的一側(cè)反向移動(dòng)到活塞的另一側(cè)以達(dá)到平均流動(dòng)。
前進(jìn) 反向
增壓或入口 降壓或出口
圖2 ：混合驅(qū)動(dòng)器操作順序
設(shè)備的自由運(yùn)行輸出速度是誘導(dǎo)應(yīng)變器和運(yùn)作的循環(huán)頻率分離的流體容積變化的結(jié)果，以輸出活塞的區(qū)域區(qū)分。腔的大小和流體性質(zhì)可以調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)在任何特定驅(qū)動(dòng)因素下大范圍的力量-速度輸出特性。然而，張力動(dòng)作器的操作能力的基本考慮將顯示，在理論上每周期運(yùn)行頻率f = 1/T時(shí)的最大的機(jī)械動(dòng)力是
其中Fb是驅(qū)動(dòng)器阻力值，δMAX是驅(qū)動(dòng)器的最大自由誘發(fā)沖程（Ps是“零速”壓力，即沒(méi)有流體可移動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)器的壓力，且ΔVMAX = A1 δMAX）。在固態(tài)驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載線力量-位移之下對(duì)應(yīng)的工作量的最大值區(qū)域可以表示為長(zhǎng)方形，壓力-容積也一樣，如圖3所示。流體可壓縮性的考慮要求，固態(tài)驅(qū)動(dòng)器的加壓腔有一種有限流體的動(dòng)剛度。加壓腔剛度示是A1 / βV ,其中β是流體可壓縮性。腔的流體剛度顯示了對(duì)驅(qū)動(dòng)器的載荷，如圖3所示 ，從而降低了最高可達(dá)到的壓力和動(dòng)力輸出，它們分別為
圖3 ：混合驅(qū)動(dòng)器的工作顯示損失的解釋
流體從加壓腔流動(dòng)到輸出缸引起必要的壓降進(jìn)一步降低了集成設(shè)備可用的輸出：
很難在實(shí)際中得到等式1 中計(jì)算的輸出功率。實(shí)際上，等式2給出了特定驅(qū)動(dòng)器的最大輸出功率。特別是，閥壓降，流體可壓縮性，和加壓空間的有效高度(V1/A1)必須盡量減少，并建立各種因素下的高度下限。由于流體通道的工作需要，粘性流通過(guò)這些通道的相關(guān)損失（包括ΔPV）和流體的溫度、氣泡等可變性質(zhì)，這些目標(biāo)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有直接達(dá)到。
這可能是行使模型的基于上述討論和在參考8中所描述的其他假設(shè)生產(chǎn)仿真的結(jié)果如圖4 。該圖顯示的循環(huán)周期的壓力以及由此產(chǎn)生活塞的高低壓兩側(cè)的壓電。它還顯示驅(qū)動(dòng)器的輸出軸的位置，因?yàn)樗欢螘r(shí)間內(nèi)增加的總體反應(yīng)是低于壓電響應(yīng)超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖4 ：在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力的壓電和輸出位置以及輸出位移
通過(guò)建模表明固液混合驅(qū)動(dòng)器的最大驅(qū)動(dòng)力的基本限制不僅包括固態(tài)驅(qū)動(dòng)因素固有的物理限制（例如剛度，沖程，穩(wěn)定的運(yùn)行頻率），而且還限制了工作流（例如壓縮，蒸汽壓力）。隨著固態(tài)驅(qū)動(dòng)因素的工作頻率的增加，液體空穴的可能性是輸出功率增加的主要限制因素。
參考8提供一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式可以實(shí)現(xiàn)在最大輸出功率下估計(jì)運(yùn)行頻率：
其中P是該裝置充氣壓力。使用器件的典型參數(shù)值，P是5兆帕（ 725磅） ， fMAX大約是740赫茲。這種裝置的有限空蝕最大輸出功率也取決于工作流體的內(nèi)在可壓縮性，以及作用于驅(qū)動(dòng)器的外部載荷。
顯然，有必要精心設(shè)計(jì)閥門(mén)來(lái)糾正工作流體的高頻率加壓。閥門(mén)必須運(yùn)行在高頻率，尤其是，他們必須有足夠的速度和開(kāi)放領(lǐng)域在增壓室的入口通道形成低壓降。一系列的閥門(mén)和流體加壓的幾種方法已在將被介紹的設(shè)備中做過(guò)測(cè)試。
驅(qū)動(dòng)器概念
智能材料液壓傳動(dòng)的主要部分的基本概念如圖1所示。這一概念連同設(shè)計(jì)的實(shí)物照片在框形圖5中顯示出來(lái)。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(hào)處理器(DSP)進(jìn)行必要的計(jì)算，以配合指令，傳送遙感信息，規(guī)范驅(qū)動(dòng)和閥門(mén)定時(shí)。高功率放大器驅(qū)動(dòng)主要的智能材料驅(qū)動(dòng)器，低功率放大器驅(qū)動(dòng)里的任何活躍閥門(mén)。主要的加壓驅(qū)動(dòng)器壓縮加壓室中的流體，并且閥門(mén)迅速傳送流體進(jìn)出腔體、蓄電池和輸出設(shè)備。輸出驅(qū)動(dòng)器活塞驅(qū)動(dòng)頻率范圍為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)頻率的1/100到1/50。驅(qū)動(dòng)器輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)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。
圖5 ：智能材料液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器的基本架構(gòu)
執(zhí)行器基本上是一個(gè)泵，有時(shí)被稱為增壓和閥門(mén)（PVA），加上一個(gè)輸出設(shè)備。這兩個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合是重要的，沒(méi)有考慮輸出驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載的泵的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致效率低下。最一般的設(shè)計(jì)中，無(wú)論是首要驅(qū)動(dòng)器的頻率和振幅都可以通過(guò)該系統(tǒng)調(diào)節(jié)不同的流量和壓力。從總體效率的角度來(lái)看這是最好調(diào)節(jié)此驅(qū)動(dòng)器的方法，而不是故意限制通過(guò)閥的流量，增大大的壓降，和作為熱源釋放能量。
機(jī)械腔體所起的作用是安裝其他的組成部分，存留和傳送流體。腔體必須為流體密封留有余量，腔體必須盡量減少，特別是在附近的主要流體壓縮室。腔體也有起到傳熱的次要作用，且必須包含可應(yīng)用依賴安裝的手段。整體形狀不像軸是可以接受的，與PVA和液壓輸出裝置構(gòu)成兩個(gè)大組。
顯然，內(nèi)部流體路徑的長(zhǎng)度應(yīng)限于對(duì)高帶寬操作，通道的寬度或直徑也應(yīng)盡量減少。傳送通道里少量的流體是可取的，就像沒(méi)有限制和壓降的自由流體。對(duì)工作流來(lái)說(shuō)，高體積彈性模量和低粘度是首選。在實(shí)際中，有效的流體體積彈性模量受到存在的氣量的影響。最后，如上述情況，設(shè)備應(yīng)盡量在壓力差或預(yù)置的情況下操作。
整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵要素很大程度上是閥門(mén)。通過(guò)閥門(mén)的壓降限制帶寬和整體輸出功率，與其中進(jìn)口閥是最關(guān)鍵的。在研制中，一些主動(dòng)和被動(dòng)的閥已被測(cè)試。高速被動(dòng)閥性能較差，但機(jī)構(gòu)很簡(jiǎn)單。被動(dòng)閥結(jié)構(gòu)有許多選擇。積極閥門(mén)必須在最低限度下提供方向控制，扭轉(zhuǎn)輸出設(shè)備的流體流向，以改變輸出方向。主動(dòng)閥開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)機(jī)對(duì)高效率運(yùn)作是至關(guān)重要的，一定程度上，每個(gè)周期無(wú)慣性扭轉(zhuǎn)時(shí)閥的形狀是首選。
壓電材料和制動(dòng)器
在過(guò)去20年設(shè)備的發(fā)展和演變中，壓電驅(qū)動(dòng)器的使用已被公認(rèn)為是不同于許多“智能結(jié)構(gòu)”的應(yīng)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(dòng)控制。
混合驅(qū)動(dòng)器需要智能材料應(yīng)用在主要壓力和某些架構(gòu)，作為一種手段來(lái)推動(dòng)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(yīng)首先考慮的。相比于磁限 ，壓電在材料里產(chǎn)生較低的能量密度，而當(dāng)包括輔助領(lǐng)域線圈時(shí)產(chǎn)生更大的密度。相比于電限，壓電材料和驅(qū)動(dòng)器有更多的選擇?？捎眯源蟮枚唷５?，對(duì)分析、建模和設(shè)計(jì)的一無(wú)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(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)械功率輸出量。機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)電耦合系數(shù)應(yīng)該是高的。因?yàn)橹匾牟粌H僅是設(shè)備的一次性運(yùn)作，還因?yàn)轵?qū)動(dòng)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(gè)原因。首先，它表明從電能輸入到機(jī)械輸出轉(zhuǎn)換的能源浪費(fèi)。第二，在持續(xù)高驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量可能會(huì)導(dǎo)致材料退化。最后，熱量必須被驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器自加熱使溫度進(jìn)一步提高。與控制其他高功率應(yīng)用的這些特性相反，如這里提到的之一，共同側(cè)重于壓電系數(shù)d33和d31 。
壓電材料將用于設(shè)備的堆棧器配置。這堆棧應(yīng)該是機(jī)械僵硬，即夾層薄薄的一點(diǎn)或端蓋。然而，堆棧形狀可以優(yōu)化產(chǎn)生非常匹配流體介質(zhì)的剛度。它應(yīng)該是機(jī)械的不平，且無(wú)內(nèi)部制造壓力。它必須能夠承受較高的熱，及運(yùn)作超過(guò)十億周期的電力和機(jī)械應(yīng)力環(huán)境。此應(yīng)用至少需要一些其他方面的周期。設(shè)想在2000赫茲運(yùn)作140小時(shí)的驅(qū)動(dòng)器試驗(yàn)超過(guò)10億周期。
加壓室設(shè)計(jì)
與壓電液壓驅(qū)動(dòng)器一樣，壓電泵的目標(biāo)是把電力轉(zhuǎn)換為流體動(dòng)力。能量轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)主要步驟。首先，壓電材料在一個(gè)小腔中加壓液壓油。然后，閥門(mén)調(diào)整振蕩壓力使加壓流體流動(dòng)。然而，從壓電里轉(zhuǎn)換每個(gè)周期的大部分能能量需要壓電和流體之間的阻抗匹配（圖6）。圖中可用能量的總量在具體的例子中大約是0.5焦耳/周期。這種驅(qū)動(dòng)器如果運(yùn)作在2000赫茲將產(chǎn)生1000瓦。
圖6 ：特定負(fù)載剛度對(duì)壓電每個(gè)周期的能量
雖然可用的功率很大，但壓電的高剛度和流體的可壓縮性的阻抗匹配實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)例子，液壓油缸的計(jì)算剛度表明了難以提供一個(gè)負(fù)載從壓電中每個(gè)周期轉(zhuǎn)換最多能量（圖7）。結(jié)果表明，即使是小流體腔，有限剛度也減少了每個(gè)周期從壓電中獲得能量。
圖7 ：液壓油缸的典型剛度
此外，金屬腔里流體剛度、缸體剛度還降低了裝置的性能。研究缸體剛度設(shè)計(jì)的影響，壓電泵被制造以決定最高獲取的壓降（圖8）。在此設(shè)計(jì)，智能材料把流體由設(shè)備的一側(cè)輸送到遠(yuǎn)端。壓電泵將流體輸送到完全封閉的腔室，并在阻壓力的遠(yuǎn)端腔室產(chǎn)生壓升（圖9）。腔室和流體腔的有效剛度以阻壓力的值表示（圖10）。
圖8 ：液壓油增壓測(cè)試的設(shè)計(jì)
圖9 ：測(cè)試液壓油增壓的實(shí)驗(yàn)裝置
圖10 ：有壓電材料的流體增壓測(cè)試結(jié)果
一般來(lái)說(shuō)，純粹的液壓油的體積彈性模量就是獨(dú)立壓力。然而，大多數(shù)液壓油有一定的溶氣量，從而導(dǎo)致液體混合物的有效體積模量在低壓變化。為了盡量減少溶氣量的影響，高壓力降低了液體中的空氣的體積分?jǐn)?shù)。通常在阻壓力測(cè)試之前，外部液壓泵從進(jìn)口加壓產(chǎn)生的壓力通常在250到1000磅之間。然而，通常任何最低限度在700磅以上能改善設(shè)備的性能。
設(shè)備等級(jí)測(cè)試和結(jié)果
一些原型驅(qū)動(dòng)裝置已被開(kāi)發(fā)和測(cè)試。每代設(shè)備都增加重要數(shù)據(jù)，如一體化程度、帶寬或功率輸出。從單個(gè)壓電棧到完整的機(jī)械功率輸出的測(cè)量，設(shè)備以不同層次的一體化來(lái)區(qū)分。在單元的流體動(dòng)力生產(chǎn)核心，即泵，和輸出機(jī)械動(dòng)力的完整驅(qū)動(dòng)器之間的一個(gè)主要區(qū)分已確定。
通常情況下，壓電泵的第一次測(cè)試是測(cè)量裝置的阻壓力（圖11 ）。在這種情況下，所有外部閥門(mén)關(guān)閉，壓電是在低頻啟動(dòng)。小流量泵增加出口的壓力，直到達(dá)到阻壓力。阻壓力試驗(yàn)衡量總體設(shè)備剛度，這對(duì)量化看到的壓電負(fù)載阻抗是非常重要的。然后，充分開(kāi)放從出口到進(jìn)口的閥門(mén)確定設(shè)備的無(wú)負(fù)載流量。在這種情況下，多個(gè)壓電的驅(qū)動(dòng)頻率下的流量被記錄。該點(diǎn)的頻率增加不會(huì)增加提供了一個(gè)該器件最大工作頻率的估計(jì)的流量。然后，部分關(guān)閉閥門(mén)節(jié)流可以測(cè)量多個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率下的壓力與流量。這是壓電液壓泵純電阻負(fù)荷下的功率的一種測(cè)量方法。
圖11 ：用來(lái)定性力量與速度的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)
下一個(gè)測(cè)試是一個(gè)彈簧加載器采用液壓驅(qū)動(dòng)的壓電泵（圖12 ） 。由于液壓執(zhí)行器壓縮彈簧，在棒中沖程的速度被記錄。這一次測(cè)試將會(huì)給出設(shè)備的全部力量-速度關(guān)系（圖13 ），隨著彈簧壓縮，負(fù)荷增加而速度減小。這個(gè)測(cè)試然后記錄多個(gè)工作頻率下在力量與速度的性能出現(xiàn)最大功率時(shí)的頻率。
圖12 ：用來(lái)確定裝置力量速度性能的彈簧負(fù)載
圖中，該驅(qū)動(dòng)器被驅(qū)動(dòng)是從一個(gè)極端（高速，低力）到另一個(gè)極端（低速，高力）。值得注意的是，力量和速度關(guān)系的結(jié)果是功率，并且最大功率輸出是在最大速度的大約50 ％達(dá)到。具體數(shù)據(jù)顯示為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)頻率的400赫茲。特殊裝置已經(jīng)被驅(qū)動(dòng)到600赫茲，而另一些已經(jīng)到1千赫以上。
圖13 ：壓電液壓驅(qū)動(dòng)器的彈簧負(fù)載測(cè)試結(jié)果
42 W的輸出功率是令人鼓舞的，該設(shè)備的輸出功率與每個(gè)原型一起繼續(xù)增加。然而，被測(cè)的功率大約是把唯一的基本流體損失理想化預(yù)測(cè)所得的40-50％。更新的模型獲取更多的流體損失和更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。該設(shè)備的未來(lái)版本將嘗試速度和力量的雙輸出，將比總輸出功率翻兩番。
結(jié)論
本文提出了一個(gè)驅(qū)動(dòng)的概念，即利用智能材料，如壓電，結(jié)合液壓傳動(dòng)制造緊湊型混合動(dòng)力裝置。智能材料常常被用于低力量定位或振動(dòng)控制，但它們內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)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(kāi)發(fā)，本文描述的就是其中之一。
基本建?？紤]對(duì)這一類型壓電液壓驅(qū)動(dòng)器作了介紹。解釋了基本的操作，并綜述了粘度、壓縮和內(nèi)部閥開(kāi)口不足的限制。特別適合于實(shí)際的設(shè)備已提交。對(duì)關(guān)鍵分系統(tǒng)和部件進(jìn)行了討論，并且突出了在每個(gè)子系統(tǒng)和互動(dòng)的子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中重要因素的考慮。解決了有關(guān)壓電材料和驅(qū)動(dòng)器的問(wèn)題。
對(duì)實(shí)現(xiàn)高內(nèi)部壓力的設(shè)計(jì)考慮進(jìn)行了討論。在這種類型的設(shè)備中激烈壓電驅(qū)動(dòng)器和短柱流體之間的匹配阻抗是至關(guān)重要的。本文指出了幾種類型的試驗(yàn)，和闡述了設(shè)備的全面安裝測(cè)試。提出了一個(gè)設(shè)備典型的結(jié)果，和目前正處于發(fā)展的其他高速設(shè)備。
鳴謝
本文介紹了驅(qū)動(dòng)器在國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局緊湊型混合驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目資助下的發(fā)展，該項(xiàng)目與空軍研究實(shí)驗(yàn)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(xiàn)。
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摩托車專用升降平臺(tái)設(shè)計(jì)
摘要: 升降臺(tái)的種類很多，按照升降結(jié)構(gòu)的不同，可分為剪叉式升降臺(tái)、升縮式升降臺(tái)、套筒式升降臺(tái)、升縮臂式升降臺(tái)及折臂式升降臺(tái)等。液壓升降臺(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng)，整機(jī)由主機(jī)、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(tái)最大載重量是500kg，它有兩部分組成：剪叉機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)。剪叉機(jī)構(gòu)的操作控制是由腳踏式液壓泵和液壓缸來(lái)完成的。這樣的液壓升降臺(tái)的設(shè)計(jì)通常根據(jù)設(shè)計(jì)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(jìn)行液壓缸選型。由于液壓缸的尺寸及擺放的位置不同，設(shè)計(jì)當(dāng)中可能會(huì)產(chǎn)生干涉。解決的辦法是通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)最優(yōu)的剪叉機(jī)構(gòu)，及對(duì)連接零件、滑動(dòng)裝置的選型等。在滿足機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)受力較大的機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的校核，檢驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)要求。作為控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很重要，這包括回路保壓設(shè)計(jì)，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(tái)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)借鑒了相關(guān)的資料，采用了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，充分的吸收了前人的寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：升降臺(tái)，液壓系統(tǒng)，剪叉機(jī)構(gòu)，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
Signature of Supervisor:
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
題目 摩托車專用升降平臺(tái)設(shè)計(jì)
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(huì)對(duì)摩托車維修工具和設(shè)備的工作效率也越來(lái)越高。由此原因，設(shè)計(jì)一種維修設(shè)備，它可根據(jù)摩托車維修部位的不同而隨時(shí)調(diào)整摩托車的位置，方便維修，減輕維修人員的勞動(dòng)負(fù)荷從而提高工作效率，就成為必然需要。具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝和拆卸操作方便，故障率低，常見(jiàn)故障易處理，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)的摩托車升降平臺(tái)，就可以滿足摩托車維修對(duì)提高工作效率的要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目來(lái)源于生產(chǎn)第一線，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)有成熟產(chǎn)品生產(chǎn)。我們可以參考現(xiàn)有產(chǎn)品做出的改進(jìn)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品機(jī)構(gòu)更合理、更實(shí)用、更可靠。
2、選題的意義:
畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們能綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)及其他所學(xué)專業(yè)課程的知識(shí)，分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問(wèn)題和及決問(wèn)題的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)資料，進(jìn)行全面的機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。因此，它在我們的四年大學(xué)生活中占有重要的地位。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
升降平臺(tái)是一種多功能起重裝卸機(jī)械設(shè)備、升降平臺(tái)可分為：固定式和移動(dòng)式。
固定是有：剪叉式升降貨梯、鏈條式升降機(jī)、裝卸平臺(tái)等。
移動(dòng)式分為：四輪移動(dòng)式升降平臺(tái)、二輪牽引式升降平臺(tái)、汽車改裝式升降平臺(tái)、手推式升降平臺(tái)、手搖式升降平臺(tái)、交直流兩用升降平臺(tái)、電瓶車載式升降平臺(tái)、 自行式升降平臺(tái)、柴油機(jī)曲臂自行式升降平臺(tái)、折臂式升降平臺(tái)、套缸式升降平臺(tái)、鋁合金升降平臺(tái)，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(tái)。
升降平臺(tái)自由升降的特點(diǎn)目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于市政維修，碼頭、物流中心貨物運(yùn)輸，建筑裝潢等，安裝了汽車底盤(pán)、電瓶車底盤(pán)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(dòng)、自支腿、操作簡(jiǎn)單、作業(yè)面大，特別是能夠跨越障礙進(jìn)行高空作業(yè)等360度自由旋轉(zhuǎn)優(yōu)點(diǎn)。
升降平臺(tái)的升降系統(tǒng)是靠液壓驅(qū)動(dòng)的，被稱作液壓升降平臺(tái)。升降平臺(tái)還有柴油機(jī)、電動(dòng)兩用旋轉(zhuǎn)式升降平臺(tái)，目前又出現(xiàn)了電瓶車載高空作業(yè)平臺(tái)升降平臺(tái)，它的特點(diǎn)是利用電瓶驅(qū)動(dòng)、電瓶升降機(jī)、無(wú)級(jí)變速，使用戶的高空作業(yè)更安全、更方便，噪音小。
1、國(guó)內(nèi)研究概況:
中國(guó)通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)升降平臺(tái)分會(huì)了解到，我國(guó)每年升降平臺(tái)市場(chǎng)成交額高達(dá)500億元左右，但其中卻有100多億元的市場(chǎng)被國(guó)外升降平臺(tái)企業(yè)占領(lǐng)。他們認(rèn)為，要改變這種現(xiàn)狀，提高升降平臺(tái)質(zhì)量是關(guān)鍵。
升降平臺(tái)在機(jī)械產(chǎn)品中占有相當(dāng)大的比重。據(jù)國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，升降平臺(tái)的產(chǎn)值是壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵三者的總和，約占整個(gè)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的5%。同時(shí)，作為重大技術(shù)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(tái)更是起著關(guān)鍵作用，而且用量非常大。
目前，我國(guó)升降平臺(tái)企業(yè)約6000余家，其中年產(chǎn)值超過(guò)500萬(wàn)元的有900家。國(guó)內(nèi)上市的升降平臺(tái)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(yíng)業(yè)務(wù)收入2.35億元，洪城股份主營(yíng)業(yè)務(wù)收入1.46億元，廣東明珠主營(yíng)業(yè)務(wù)收入1.5億元。這些企業(yè)，無(wú)論是其規(guī)模，還是產(chǎn)品質(zhì)量，目前都無(wú)法與國(guó)外同類企業(yè)抗衡。
造成目前我國(guó)升降平臺(tái)市場(chǎng)被動(dòng)的原因主要有兩方面：一是國(guó)產(chǎn)升降平臺(tái)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品比還有差距，質(zhì)量有待提高；二是某些用戶國(guó)產(chǎn)化意識(shí)不強(qiáng)，甚至人為地設(shè)置門(mén)檻，使國(guó)內(nèi)企業(yè)在與國(guó)外企業(yè)競(jìng)標(biāo)時(shí)難以中標(biāo)。
我國(guó)企業(yè)目前生產(chǎn)的各種升降平臺(tái)普遍存在著外漏、內(nèi)漏、外觀質(zhì)量不高、壽命短、操作不靈活以及升降平臺(tái)電動(dòng)裝置和氣動(dòng)裝置不可靠等缺點(diǎn)，部分產(chǎn)品只相當(dāng)于上個(gè)世紀(jì)八十年代初的國(guó)際水平。因此，發(fā)展升降平臺(tái)工業(yè)，亟待開(kāi)發(fā)技術(shù)含量高的新產(chǎn)品。
2、國(guó)外研究概況:
近20年世界升降平臺(tái)工業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎升降機(jī))和AT(全地面升降機(jī))產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場(chǎng)格局，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)沖擊下，導(dǎo)致世界升降平臺(tái)市場(chǎng)進(jìn)一步趨向一體化。目前世界升降平臺(tái)年銷售額已達(dá)75億美元左右。主要生產(chǎn)國(guó) 為美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、意大利等，世界頂級(jí)公司有10多家，主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。
美國(guó)既是升降平臺(tái)的主要生產(chǎn)國(guó)，又是最大的世界市場(chǎng)之一。但由于日本、德國(guó)升降機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起，美國(guó)廠商曾在20世紀(jì)60～70年代世界市場(chǎng)中占有的主導(dǎo)地位正逐步受到削弱，從而形成美國(guó)、日本和德國(guó)三足鼎立之勢(shì)。近幾年美國(guó)經(jīng)濟(jì)回升，市場(chǎng)活躍，外國(guó)廠商紛紛參與競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)制造商的實(shí)力也有所增強(qiáng)，特雷克斯升降機(jī)公司的崛起即是例證。特雷克斯升降機(jī)公司前身是美國(guó)科林升降機(jī)廠。1995年以來(lái)，其通過(guò)一系列的兼并活動(dòng)，已發(fā)展成為世界頂級(jí)公司之一。
日本從20世紀(jì)70年代起成為升降平臺(tái)生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快，已出口到歐美市場(chǎng)，年總產(chǎn)量居世界第一。自1992年以來(lái)，由于受日元升值、國(guó)內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機(jī)影響，年產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。目前日本市場(chǎng)年需求量為3000臺(tái)左右。
歐洲是潛力很大的市場(chǎng)，歐洲各工業(yè)國(guó)既是升降平臺(tái)的出口國(guó)，也是重要的進(jìn)口國(guó)。德國(guó)是最大的歐洲市場(chǎng)，其次為英國(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)。在德國(guó)AT產(chǎn)品市場(chǎng)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(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì):
目前，國(guó)內(nèi)外升降平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下五個(gè)方面：
（1）升降平臺(tái)的全球化趨勢(shì)
伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化、現(xiàn)代技術(shù)革命，尤其是信息技術(shù)革命的發(fā)展，升降平臺(tái)的全球化趨勢(shì)不斷加強(qiáng)。升降平臺(tái)全球化主要包括產(chǎn)品制造的跨國(guó)化迅猛發(fā)展；價(jià)值鏈中與制造緊密相聯(lián)的各個(gè)環(huán)節(jié)朝著全球化方向邁進(jìn)；升降平臺(tái)企業(yè)的跨國(guó)并購(gòu)、重組和整合；制造資源在世界范圍內(nèi)的調(diào)劑、共享和優(yōu)化配置；跨國(guó)界信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)正日益受到各國(guó)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(guó)公司為主導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分的趨勢(shì)
隨著經(jīng)濟(jì)全球化，升降平臺(tái)的國(guó)際分工正由垂直分工發(fā)展到水平分工，甚至網(wǎng)絡(luò)分工。產(chǎn)業(yè)鏈被細(xì)分到空前的程度。發(fā)達(dá)國(guó)家憑借其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅將其低技術(shù)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移出去，即使在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，也是盡力搶占各產(chǎn)業(yè)的高技術(shù)和高附加值環(huán)節(jié)，將產(chǎn)業(yè)鏈條中的低技術(shù)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移給處于較低發(fā)展水平的國(guó)家，從而完成價(jià)值鏈的分離和轉(zhuǎn)移，使其生產(chǎn)布局日益細(xì)化。
?。?）以科技中心控制升降平臺(tái)中心的新趨勢(shì)
全球科技中心對(duì)升降平臺(tái)中心的控制主要通過(guò)跨國(guó)公司內(nèi)部分工、扶持委托加工制造中心、強(qiáng)化低端產(chǎn)品對(duì)高端產(chǎn)品的依賴、核心技術(shù)對(duì)生產(chǎn)性技術(shù)的控制以及市場(chǎng)需求等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?？鐕?guó)公司在全球各地到處尋找低成本的投資區(qū)，他們不再僅僅考慮某個(gè)產(chǎn)品在哪里生產(chǎn)，而是著重考慮某個(gè)零件在哪里生產(chǎn)成本最低。一架波音747飛機(jī)有450萬(wàn)個(gè)部件，來(lái)自近10個(gè)國(guó)家、1000多家大企業(yè)、1.5萬(wàn)多家小企業(yè)?，F(xiàn)代升降平臺(tái)已不是簡(jiǎn)單的工廠概念，它的中心已不在加工的積聚點(diǎn)上，而是全球化。
?。?）升降平臺(tái)的信息化、虛擬化趨勢(shì)
目前，國(guó)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(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)管理。信息化已徹底改變了傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和工作方法，因此，升降平臺(tái)的信息化將是21世紀(jì)升降平臺(tái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。
虛擬制造系統(tǒng)運(yùn)用仿真工具、控制工具、信息模型和設(shè)備以及組織方法等，提供一個(gè)顯示仿真過(guò)程的工作平臺(tái)。在這種平臺(tái)上建立一種虛擬環(huán)境，應(yīng)用人類的知識(shí)、技術(shù)與感知能力，與虛擬的對(duì)象產(chǎn)生交互作用，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造活動(dòng)進(jìn)行全面的模擬和仿真，以達(dá)到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的周期最短、成本最低、質(zhì)量最佳的效果。
（5）升降平臺(tái)的綠色化趨勢(shì)向環(huán)?；蚓G色化方向發(fā)展，成為升降平臺(tái)在21世紀(jì)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(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)方面，其目標(biāo)和宗旨是使所制造的產(chǎn)品在從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用、維護(hù)直至報(bào)廢處理和善后處置的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的不利影響最小、而對(duì)資源的利用效率最大。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：
1、研究?jī)?nèi)容:
通過(guò)對(duì)摩托車專用升降平臺(tái)的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)機(jī)構(gòu)中兩種液壓缸布置方式分析比較，并根據(jù)要求對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算最終確定液壓執(zhí)行元件-液壓缸，通過(guò)對(duì)叉桿的各項(xiàng)受力分析確定臺(tái)板與叉桿的載荷要求，最終完成摩托車專用升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。
2、試驗(yàn)方案:
擬定設(shè)計(jì)一款以液壓驅(qū)動(dòng)為升降系統(tǒng)的雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
1、主要目標(biāo):
根據(jù)老師給定的數(shù)據(jù)和技術(shù)要求，運(yùn)用計(jì)算和CAD軟件繪圖等手段設(shè)計(jì)一款外形美觀、符合人機(jī)工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠的摩托車專用升降平臺(tái)。
2、 主要特色:
設(shè)計(jì)的摩托車專用升降平臺(tái)比現(xiàn)有的產(chǎn)品更合理、更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、更安全可靠，更綠色環(huán)保。
3、工作進(jìn)度:
1、開(kāi)題報(bào)告 2周
2、總體方案設(shè)計(jì) 2周
3、常規(guī)設(shè)計(jì) 9周
4、成本核算 1周
5、編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2周
6、外文資料翻譯 1周
五、參考文獻(xiàn)
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