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超磁滯伸縮材料與壓電晶體材料的應(yīng)用為高速開關(guān)閥的研發(fā)提供了新的思路。瑞典用超磁致伸縮材料開發(fā)了一款高速燃料噴射閥。通過控制驅(qū)動線圈的電流，使超磁滯伸縮棒產(chǎn)生伸縮位移，直接驅(qū)動使閥口開啟或關(guān)閉，達到控制燃料液體流動的目的。這種結(jié)構(gòu)省去了機械部件的聯(lián)接，實現(xiàn)燃料和排氣系統(tǒng)快速、精確的無級控制。超磁致伸縮材料對溫度敏感，應(yīng)用時需要設(shè)計相應(yīng)的熱抑制裝置和熱補償裝置。中國航天科技集團公司利用PZT材料鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，研發(fā)了一款由PZT壓電材料制作的超高速開關(guān)閥，如圖2所示。該閥在額定壓力10MPa下流量為8L/min，打開關(guān)閉時間均小于1.7 ms。壓電材料脆性大，成本高，輸出位移小，容易受溫度影響，因此其運用受到限制。浙江大學(xué)歐陽小平等與南京工程學(xué)院許有熊等就壓電高速開關(guān)閥大流量輸出和疲勞強度問題設(shè)計了新的結(jié)構(gòu)，并進行了仿真與實驗分析。
美國Purdue大學(xué)研制了一種創(chuàng)新型的高速開關(guān)閥電-機械執(zhí)行器EAC(Energy coupling actuator)，如圖3所示。其包括一個持續(xù)運動的轉(zhuǎn)盤和一個壓電晶體耦合裝置。轉(zhuǎn)盤一直在順時針運動，通過左右兩個耦合機構(gòu)分時耦合控制主閥芯的啟閉。試驗表明5ms內(nèi)達到2mm的輸出行程。
圖2 PZT高速開關(guān)閥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of PZT high-speed on/off valve
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