基于电流变液换向阀的设计与仿真

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1、2010年第1期工业仪表与自动化装置·25·基于电流变液换向阀的设计与仿真李丹丹(池州学院物理与机电工程系，安徽池州247000)摘要：该文阐述了电流变液作为工作介质应用于电流变液换向阀的工作原理，设计了一种ER桥式的电流变液换向阀数学模型，对电流变阀控制系统进行了理论分析，并进行了仿真。关键词：电流变液；换向阀；设计；仿真中图分类号：TH138．52文献标志码：A文章编号：1000—0682(2010)01—0025—03ThedesignandemulationofERFvalveLIDandan(Physicsa

2、ndMechanicalandElectronicEngineeringDepartment，ChizhouCollege，AnhuiCh&hou247000，China)Abstract：TheapplicationsofERFasmediumusedinvalveisproposed．Itintroducesworkprinci—pleofERvalve，designsatypeofERFvalvemodelconsistingofERvalvesbridge．Itanalyzesthecon—trolssyste

3、mofERFvalveandmakestheemulation．Keywords：ERF；ERvalve；design；emulation现通过阀时进出口间压力差的无级调节；在定压差0引言时，实现流量的无级调节。电流变液(ElectrorheologicalFluid，ERF)是D一种在外加电场作用下，其流变性能可以发生快速、I可逆液固相属性转换的流体，且这种变换具有频响时间短、能耗小等特点。利用ERF的这些特性可以设计出汽车离合器、液体阀门等，因而在工业和民用产品领域具有良好的应用前景。一’II一h，一l换向阀是控制

4、液压系统中油液的流动方向或油流通断的元件。电流变液在液体阀门装置中／f的应用有电流变液换向阀、电流变阀减振器等。l该文主要设计了一种电流变液换向阀，研究其数学模型和性能等。与传统的电液换向阀相比，电图1电流变阀主体结构流变液换向阀具有响应速度快、能耗小、移动元件电流变阀主体是由接地电极、中心高电极、隔热少等特点。网、进出油口所组成，如图1所示。电流变阀的传动介质是电流变液。常用的电流变阀为同心圆筒1电流变阀的工作原理形J，外圆筒为接地电极，其外径为D，内圆柱为中电流变液阀的基本原理是利用电流变液阀心高电极，其直径为d，

5、外圆筒与内圆柱之间的间隙中的电流变液体的表观黏度可在电场的控制下在一为h，电流变阀总长度为Z。这种电流变阀的工作原定的条件和范围内实现无级调节；在恒流量时，可实理是：当高电极与接地电极之间形成电场，使得从出油口流人且流经高电极与接地电极之间间隙的电流收稿日期：2009—05—12变液在瞬间由液态向类固态转变，从而实现出油口基金项目：校级科研项目(XYK200608)流量的控制。而当去除电场时，电流变液又由类固作者简介：李丹丹(1982)，女，湖北人，教师，武汉理工大学2006届硕士，研究领域为液压控制，机电工程等。态向

6、液态转变。·26·工业仪表与自动化装置2010年第1期阀右移；当△E<0时，电流变液进入滑阀的右腔使2电流变液换向阀的数学模型滑阀左移。图2为电流变液换向阀的系统设计，图中的液设流经电流变阀ER，ER，ER。，ER的流量分控阀和ER桥代替了传统的换向阀和节流阀。回路别为g，q，q，，g，则由式(2)可知：的方向和流量可通过ER桥中的4个阀的电场来控g1=94=△pl／R一(o—AE)／R(3)制。图3为ER的控制单元。g2=q3=ap2／R一(Eo+AE)／R(4)则沿程流量损失为qL=g1一q2=(△p1一△p2)／

7、尺一[(Eo—AE)一(E0+△E)!／R(5)因△p：p一△p，PL=p一2△p，P为沿程压力损失，则有P=△p2一△lp(6)把式(6)代人式(5)可得gL=4EoAE／R一P￡／R(7)山蠢．根据传统液压动力元件的基本理论可求得桥路图2电流变液换向阀系统设计图图3ER的控制单元ER换向阀动力元件的流量连续方程和作用力平衡根据电学基本知识可知，电压、电场强度和方程分别为：电极间距d(这里是指)的关系为：E=U／d，对于依gL=Ap~p+cP^+L(8)靠调节电场强度来控制的电流变效应，调节方式有两种：调节电压和调节

8、电极。通常基于绝缘和安全AppL=M,x+Bfi+F￡(9)的问题考虑，应尽量不提升太高的电压，主要是考虑对式(7)～式(9)进行拉氏变换得一减小电极间距，一般取毫米级。fQL=4EoAE／R一P￡／R对于单个同心圆筒形电流变阀，根据流体力学的基本知识可知，压差与流量的关系为：{lQ¨P+g="rrdhap／(12r／／)一,rr