登高车出租    MSMA登高车调速器高速开关阀的结构设计

     登高车出租   MSMA登高车调速器高速开关阀的结构设计   登高车出租, 登高车租赁, 登高车公司     高速开关阀的设计参数, MSMA材料是兼感知与驱动功能于一体的新型智能材料，传统的温控形状记忆合金材料是受温度变化产生形变的，而磁控形状记忆合金是通过外加磁场的作用下使MSMA材料的形状发生变化（收缩或伸长），再通过磁场恢复法或弹簧恢复法使MSMA材料恢复到初始状态。因此，可以利用这一变化过程及原理，将磁控形状记忆合金材料应用到登高车调速器高速开关先导阀的驱动器上，由于MSMA材料在磁场的作用下响应频率非常高（2000Hz），用MSMA材料替代原始的登高车调速器高速开关先导阀驱动器的驱动材料，利用其高频率响应特性可实现登高车调速器高速开关阀的快速开关动作。经过对液压传动相关技术的分析，磁控形状记忆合金高速开关阀的结构设计35，其主要内容涉及以下几个方面：（1）确定阀体的结构形式；（2）设计阀芯和活塞的结构；（3）设计阀体与MSMA材料之间连接杆的结构；（4）选择合适的密封方法和元件；（5）合理选择阀芯、阀体底座、连接杆及阀体端盖的材料；（6）根据阀的空载流量与许用压力确定阀的通流面积；（7）通过MSMA材料的形变量确定阀芯的位移量；（8）根据阀芯的位移量以及阀的启闭时间来确定阀体驱动结构的设计；（9）根据驱动结构的尺寸合理的设计驱动部分与磁路部分的连接；（10）最后确定高速开关阀的整体结构。根据当前国内外登高车调速器高速开关阀的性能参数分析，确定本文所研究的磁控形状记忆合金登高车调速器高速开关阀的主要设计参数：（1）额定工作电压：直流24V±10%；（2）通径大小：φ7mm；（3）最大功率：35W（单个）；（4）动作寿命：≥11亿次；30（5）工作介质：矿物油；（6）空载流量：10L/min；（7）工作频率：≥200Hz；（8）工作时允许的温度范围：-40—135℃；（9）可适应的工作压力范围：1.0—31.5MPa；（10）阀芯行程：0.6mm。

    高速开关阀的总体结构设计,  本文所设计登高车调速器高速开关阀的驱动部分采用的是磁控形状记忆合金材料驱动，由于该材料具有响应速度高，形变量大的特点，因此，非常适合作为高速开关阀的驱动部分材料。为了使整体结构更加简单，这里采用的是单驱动方式驱动，如果采用对称方式驱动则需要两个磁场，这会大大增加驱动器的体积，也会使结构变得更加复杂化。单驱动方式需要额外添加辅助方式使MSMA棒材恢复到未施加磁场时的初始状态，已经介绍了磁场恢复法和弹簧恢复法，经过比较，本文采用的是弹簧恢复法，通过结构尺寸计算，弹簧长度为30cm。该磁控形状记忆合金高速开关阀主要分为磁路、阀芯和阀体三部分构成。其中MSMA棒材在磁场作用下，与磁场方向成90°垂直方向伸长，MSMA棒材套在夹持装置中，起到固定和导向作用。图中的磁路是由硅钢片层叠之后绕上线圈组成的，磁路通入稳压直流电流之后为MSMA棒材提供一个恒定的磁场，磁路套是磁路与夹持装置、泵腔之间的一个连接桥梁，起到固定整个开关阀装置的作用41,42。泵腔内有一个两位三通阀，下夹持装置连接活塞，阀体端盖与推杆之间装有回复弹簧，在磁场作用下MSMA棒材产生形变压缩回复弹簧，撤掉磁场后，回复弹簧压缩MSMA棒材，使它恢复到初始状态。MSMA棒材形变过程中，磁场的大小和方向对MSMA棒材的形变影响很大，磁场只有在合适的大小和恒定的方向下MSMA棒材的形变才会达到最佳状态，因此，这对磁路搭建就需要较高的要求。

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    主阀体主要有以下几种特点：（1）主阀体选用的是两位三通高速开关阀，是应用最为广泛的一种高速开关阀，该阀体的结构比较简单，组装方便且易于加工；（2）阀芯的行程较小，阀芯位移迅速，容易实现开关，因此，响应速度非常快，这样就有利于实现高速开关阀高频率响应；（3）所设计的阀芯锥角角度比阀套锥角角度大，当传动流体流经锥阀时会收缩，其压力就会增大，这样就不会造成气穴现象；（4）阀芯的驱动部分采用的是一种以磁控形状记忆合金为基础的驱动器，相比较于其它的几种驱动方式，本驱动器具有输出力大，输出位移量大，响应频率高等特点；（5）阀芯的驱动源输出位移无需放大机构放大，通过推杆和卡槽可以直接驱动阀芯，高速开关阀的整体结构得到了简化；（6）阀芯的驱动源材料采用的是磁控形状记忆合金新型智能材料，该材料通过磁场作用能在毫秒级的时间内快速实现棒材的伸缩变形，从而带动阀芯产生位移，使得高速开关阀的响应速度得到了很大的提升；（7）主阀体的驱动方式为单向驱动，阀体具有抗油污性强，易于安装，维修方便且易于实现大流量。

    高速开关阀的磁路设计,   磁路的设计是磁控形状记忆合金高速开关阀整体设计的核心部分，因此，磁路设计是否合理将直接关系到磁控形状记忆合金高速开关阀性能的好坏。这里根据理论研究对磁路部分进行设计，磁路结构，磁性回路，其中mV为磁动势，msR为硅钢片磁阻，mgR为气隙磁阻。  选用硅钢片为1mm厚，内径r=30mm，外径R=50mm，气隙宽度为8mm，总计30片。根据图一我们可知，为了使MSMA合金材料变形达到最大，励磁铁芯在励磁线圈通入交流电后需产生一个0.6T的磁感应强度B。由安培定律可知，磁动势mV是由励磁线圈的匝数N和电流I确定的。 可根据磁性回路可知，磁性回路中的磁阻是由硅钢片的磁阻msR和气隙磁阻mgR构成，励磁线圈产生磁动势，空气磁导率比硅钢片的磁导率小，气隙处的磁通量由磁动势和回路中的磁阻共同决定。  所需要的磁感应强度B是通过选择合适的线圈匝数和加载的电流大小来获得的。 假设MSMA棒材样品材料内部的应变和应力分布均匀,磁感应强度B在硅钢片开口气隙处均匀地穿过MSMA棒材，不考虑磁通泄漏及涡流损耗，磁场强度H与磁感应强度B的关系：其中为空气磁导率，7-0104；m为MSMA棒材相对于空气的磁导率，5.1m。 我们可得出所需的磁场强度H为：m/102.31045.16.057-AH    根据安培定律：HNIgN为励磁线圈匝数，I为励磁线圈中的电流大小，H为气隙中磁场强度，g为气隙的长度，气隙长度mm35-8g，取电源给线圈提供的电流为2A，将各数据代入可得出线圈匝数为480匝。励磁线圈中的电流I与聚酰亚脂铜芯漆包线的直径d的关系为：d为裸线直径（mm），I为励磁线圈中线圈的电流大小（A），J为导线的电流密度。导线长期工作时J取2mm/5-2A，此处J取2mm/3A，将数据代入式（4-6）中可得0.92mm。为了实验的安全性考虑，试验中选取铜线的直径为1.0mm。励磁线圈由聚酰亚脂铜漆包线绕制，漆包线与硅钢片之间用绝缘薄膜隔开，防止硅钢片拐角处割伤漆包线。为了减少涡流损耗，层叠硅钢片之间涂有绝缘漆。这里可以借助COMSOLMultiphysics软件对磁路进行仿真分析。首先进行相关的仿真参数设置，前面已有的数据作为现有的参数输入软件Pi中：  对磁路结构进行网格划分，目的是为了计算，网格越小也就是数量越多，计算越精确；但是计算的时间也就越长，速度越慢；网格大了，可能导致无法收敛，计算不了。 

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