一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，包括双作用压电泵、蓄能器、压力表、换向阀和液压缸，所述双作用压电泵包括多个串联的双晶片压电振子，所述双晶片压电振子包括由压电晶片分隔而成的上、下两个泵腔，所述压电晶片振动变形时，上、下两个所述泵腔一个吸水而另一个排水；所述双作用压电泵工作过程中采用多个截止阀控制液体的流动。本发明专利技术的目的是提供一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，控制外界输入条件(电压、频率)即可调节压电振子的振动幅度，改变泵腔体积变化量，即一个周期中压电泵的输出，进而控制液压缸的输出步长，实现精密驱动，调节压电液压驱动器的输出性能。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器
本专利技术涉及农业水肥一体的精准滴灌
，尤其涉及一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器。
技术介绍
滴灌是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，水的利用率可达95％。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。其目前多是利用塑料管道将水或水肥通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉。但是目前并不能满足在农业中水肥一体化滴灌时的精准化滴灌的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，控制外界输入条件(电压、频率)即可调节压电振子的振动幅度，改变泵腔体积变化量，即一个周期中压电泵的输出，进而控制液压缸的输出步长，实现精密驱动，调节压电液压驱动器的输出性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，包括双作用压电泵、蓄能器、压力表、换向阀和液压缸，其特征在于：所述双作用压电泵包括多个串联的双晶片压电振子，所述双晶片压电振子包括由压电晶片分隔而成的上、下两个泵腔，所述压电晶片振动变形时，上、下两个所述泵腔一个吸水而另一个排水；所述双作用压电泵工作过程中采用多个截止阀控制液体的流动。进一步的，所述双作用压电泵包括5个串联的双晶片压电振子。进一步的，选定压电陶瓷材料为PZT-4、直径29mm、厚度0.2mm，金属基板材料为铍青铜、直径35mm、厚度0.2mm，作为压电液压驱动器的基本元件。进一步的，所述截止阀为0.2mm-0.4mm阀厚的伞形橡胶截止阀，优选0.3mm。进一步的，所述伞形橡胶截止阀的阀孔位置可以尽量靠近压电振子的中心。进一步的，所述伞形橡胶截止阀的阀孔与阀片边缘距离为1mm；进一步的，所述伞形橡胶截止阀包括6个阀孔，阀孔直径为1.7mm。进一步的，所述双作用压电泵的泵腔高度的为0.3mm～0.8mm。进一步的，所述晶片式多振子压电液压步进驱动器采用加载背压的方法使泵腔中的液体和气体在压电泵工作前已被压缩成近似刚体，减小了工作过程中的能量损失和泵腔内的冲击压力。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本申请在工作前通过在压电液压驱动系统中加载背压，此时液体被加载的背压压缩成近似刚体；工作中压电振子变形，液体被第二次压缩。因此，相比以往的驱动器，产生同等变形量的压电振子引起的液体体积改变量较大，驱动器的输出速度/驱动力增加。该驱动器采用双晶片压电振子工作，振子受力均衡，不易损坏；密封系统使其能够加载背压，减小液体中的气泡对压电泵性能的影响，提高液体对压电振子振动变形的敏感度和系统性能的稳定性，增加驱动器的输出速度、推力和响应速度。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器的结构示意图；图2为压电液压步进驱动器工作原理图；图3为伞形橡胶截止阀工作示意图；图4为双作用压电泵爆炸图图5为纯净水加载不同背压时驱动器的输出速度-频率曲线；图6为纯净水加载不同背压时驱动器的输出推力-频率曲线；图7为自来水加载不同背压时驱动器的输出速度-频率曲线；图8为自来水加载不同背压时驱动器的输出推力-频率曲线；图9为驱动器的速度-背压曲线；图10为驱动器的推力-背压曲线；图11为不同外界负载下驱动器的输出速度-频率曲线；图12为不同外界负载下驱动器的输出步长-频率曲线；图13为不同背压下驱动器的输出速度-外界负载曲线；图14为不同背压下驱动器的输出功率-外界负载曲线；图15为不同背压下驱动器的输出步长-外界负载曲线；附图标记说明：1、双作用压电泵；101-泵体；1010-泵壳体；1011-截止阀板；1012-压电振子支撑板；102-进水口；103-出水口；104-压电晶片；105-密封圈；106-螺栓；107-螺母；；2、蓄能器；3、压力表；4、换向阀；5、液压缸；6-截止阀；601-阀座(泵体)；602-阀孔；603-阀片。具体实施方式如图1至4所示，一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，驱动器的液压缸连接水肥一体的药箱，通过控制液压缸的速度和推力来调整施肥量,其包括双作用压电泵1、蓄能器2、压力表3、换向阀4和液压缸5，所述双作用压电泵1包括多个串联的双晶片压电振子，所述双晶片压电振子包括由压电晶片104分隔而成的上、下两个泵腔，所述压电晶片104振动变形时，上、下两个所述泵腔一个吸水而另一个排水；所述双作用压电泵1工作过程中采用多个截止阀6控制液体的流动。所述双作用压电泵1包括5个串联的双晶片压电振子。选定压电陶瓷材料为PZT-4、直径29mm、厚度0.2mm，金属基板材料为铍青铜、直径35mm、厚度0.2mm，作为压电液压驱动器的基本元件。如图3所示，所述截止阀6为0.2mm-0.4mm阀厚的伞形橡胶截止阀。所述伞形橡胶截止阀6的阀孔位置可以尽量靠近压电振子的中心。所述伞形橡胶截止阀的阀孔与阀片边缘距离为r21mm；所述伞形橡胶截止阀包括6个阀孔，阀孔直径r1为1.7mm。在一定的腔高范围内，压电泵的输出流量与泵腔高度成正比，压电泵的输出压力与泵腔高度成反比，另外，液体在流动过程中，必然会产生能量损失，沿程损失与泵腔高度成反比，因此所述双作用压电泵1的泵腔高度的为0.3mm～0.8mm。泵体为PMMA(有机玻璃)材质；所述晶片式多振子压电液压步进驱动器采用加载背压的方法使泵腔中的液体和气体在压电泵工作前已被压缩成近似刚体，减小了工作过程中的能量损失和泵腔内的冲击压力。在150V交流电压下，分别对以阀片直径10mm，阀片厚度0.2mm、0.3mm和0.4mm的伞形阀作为截止阀的压电泵进行试验，测试结果表明0.3mm阀厚伞形阀的压电泵输出流量和压力均高于0.2mm和0.4mm阀厚的压电泵，因此本专利技术优选用0.3mm阀厚的伞形橡胶截止阀。驱动器工作原理如图2所示，为一个周期中压电泵的工作状态。压电泵用双晶片压电振子串联而成，一个双晶片压电振子形成上下两个泵腔。压电晶片振动变形时，上下两个泵腔一个吸水，一个排水。图中Ai、Vi、Ci(i＝1、2、3…)分别代表压电晶片、截止阀和压电泵的泵腔。以压电泵中压电晶片A1、A3、A5向下弯曲，A2、A4向上弯曲，为一个工作周期的起始点，如图2(a)所示。此时，截止阀V1、V3、V5、V8、V10、V12闭合，阀V2、V4、V6、V7、V9、V11打开，压电泵泵腔C1、C3、C5、C7、C9处于排水状态；泵腔C2、C4、C6、C8、C10处于吸水中，压电泵整体表现为A侧排水，B侧吸水。随着泵腔C1、C3、C5、C7、C9体积逐渐减小，泵腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，包括双作用压电泵、蓄能器、压力表、换向阀和液压缸，其特征在于：所述双作用压电泵包括多个串联的双晶片压电振子，所述双晶片压电振子包括由压电晶片分隔而成的上、下两个泵腔，所述压电晶片振动变形时，上、下两个所述泵腔一个吸水而另一个排水；所述双作用压电泵工作过程中采用多个截止阀控制液体的流动。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，包括双作用压电泵、蓄能器、压力表、换向阀和液压缸，其特征在于：所述双作用压电泵包括多个串联的双晶片压电振子，所述双晶片压电振子包括由压电晶片分隔而成的上、下两个泵腔，所述压电晶片振动变形时，上、下两个所述泵腔一个吸水而另一个排水；所述双作用压电泵工作过程中采用多个截止阀控制液体的流动。


2.根据权利要求1所述的应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，其特征在于：所述双作用压电泵包括5个串联的双晶片压电振子。


3.根据权利要求1所述的应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，其特征在于：选定压电陶瓷材料为PZT-4、直径29mm、厚度0.2mm，金属基板材料为铍青铜、直径35mm、厚度0.2mm，作为压电液压驱动器的基本元件。


4.根据权利要求1所述的应用于精准滴灌的晶片式多振子压电液压步进驱动器，其特征在于：所述截止阀为0.2mm-0.4mm阀厚的伞形橡胶截止阀。


5.根据权利要求4所述的应用于精准滴灌的晶片式多振...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓培，蔡长青，李琳娜，王洪臣，伊延吉，栾鑫，杨云哲，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：吉林;22