[发明专利]基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压装置，尤其是一种能输出高压油的液压动力单元，具体地说是一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元。

背景技术

众所周知，液压动力单元是液压系统的“心脏”，是决定系统性能的关键元部件。目前液压动力单元主要是由电动机(或内燃机)、联轴器和液压泵组成，电动机将电能转化为机械能，再通过联轴器传递到液压泵，然后由液压泵将机械能转化为液压能输出。因此，传统液压动力单元在不同程度上存在如下问题：(1)体积和重量较大；(2)变量机构响应慢、难于实现数控变量；(3)动密封效果较差；(4)噪声大；(5)组成复杂、效率低、可靠性低。

CN1168715A公开了一种运用形状记忆合金的液压泵。该液压泵通过改变形状记忆合金的温度实现形状记忆合金变形，从而推动活塞运动实现活塞腔体的吸排油。但是，该方法由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz左右)，很难满足工业化要求。

公知磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy，MSMA)是一类新型的机敏功能材料，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效应(Magnet i c ShapeMemory Effect，MSME)。因此，兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的综合特性，使其可能在大功率水下声呐、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用，有望成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。目前，已发现的磁控形状记忆合金主要包括：Ni系合金，Ni-Mn-Ga，Ni-Al-Mn，Ni-Co-Al等；Co系合金，Co-Mn，Co-Ni，Co-Ni-Ga等；Fe系合金，Fe-Pd，Fe-Mn-Si，Fe-Ni-Co-Ti，Fe-Pt，Fe-C，Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co等。其中，Ni-Mn-Ga合金是最早发现的MSMA，对它的研究也最为深入和最具代表性，并且已实现初步应用。

传统形状记忆合金，如TiNi基，Cu基，Fe基等，虽然具有较大的可逆恢复应变和大的恢复力，但由于受温度场驱动，其响应频率很低(1Hz左右)。与形状记忆合金相比，压电陶瓷和磁致伸缩材料虽然具有很高的响应频率(1000Hz左右)，但所能达到的最大应变也只有0.2％，限制了材料在实际工程中的应用。而MSMA则兼有大应变和高响应频率，目前报道MSMA的最大磁致应变为9.4％，最高响应频率可达5000Hz，在150Hz高频交变磁场中仍能获得高达1％的大磁致应变，弥补了传统形状记忆合金响应频率慢、压电及磁致伸缩材料应变小的不足，是一种较为理想的驱动材料。

发明内容

本发明的目的是现有的液压动力单元均采用电动机驱动存在体积大、响应慢等一系列问题，设计一种体积小、重量轻、数控变量、响应快、密封好、噪声低、效率高、可靠性高的基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元。

本发明的技术方案是：

一种基于磁控形状记忆合金的数控液压动力单元，它主要由数字驱动控制器10和与之电气连接的液压动力单元本体11组成，其特征是所述的液压动力单元本体11包括缸体3和与缸体3相连的后端盖8和前端盖9，缸体3至少设有两个柱塞孔12，柱塞孔12中安装有柱塞6，密封圈7套装在柱塞6上，柱塞孔12的一端同时与高压出油口和低压进油口相通，进油单向阀4安装在所述的低压进油口上，排油单向阀5安装在所述的高压出油口上，柱塞6的一端与安装在柱塞孔12中的复位弹簧13相抵，柱塞6的另一端与磁控形状记忆合金棒2的一端相连，磁控形状记忆合金棒2的另一端与铰轴14相连，铰轴14铰装在前端盖9上，前端后9和后端盖8均与缸体3相连，在柱塞孔12的周围、磁控形状记忆合金棒2整个行程范围内覆盖有磁场激励装置1，磁场激励装置1与数字驱动控制器10电气连接。

所述的缸体3设有一个与各低压进油口相通的低压油腔15，该低压油腔15通过油管与油缸或液压马达的输出端相连。

所述的数字驱动控制器2包括一个控制芯片、与柱塞个数对应的功率驱动管、光耦隔离电路和稳压电路及辅助电路，每个功率驱动管对应控制一个磁场激励线圈电源的通断，控制芯片根据控制指令与反馈信号解算出液压动力单元流量、压力需求，控制各个功率驱动管按照一定的频率轮流导通使液压动力单元输出所需流量、压力的液体；根据控制指令与反馈信号控制高速换向阀4的方向切换；高速换向阀4、传感器、磁场激励线圈引线与数字驱动控制器2之间通过电缆连接；控制芯片、传感器、功率驱动管由直流电源或地面交流变直流电源供电。