繊維植毛電極によるER効果を用いた高機能液圧制御弁および高機能液圧サーボシステム

利用纤维植绒电极的ER效应的高性能液压控制阀和高性能液压伺服系统

基本信息

批准号：
10875036
负责人：
横田眞一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

ごく最近,ER流体を用いなくても,繊維を植毛した電極により一般的な絶縁性流体に電界を印加することで,ER効果が発現することが千葉大の大坪らにより報告された.本研究課題はこの新しいER効果をフルイドパワーシステムへ応用し,新しい液圧制御弁(植毛ERバルブ)を実現することを目的としている.本年度は,主に植毛電極によるER効果の基本特性解明実験,液圧アクチュエータを制御可能な4ポート液圧制御弁の試作,液圧制御弁数学モデルの確立をおこなった.実施結果の具体的内容は以下のとおりである,まず,昨年度に本研究で試作した2ポート植毛ERバルブを用いて,作動流体や植毛の材質などの様々な因子の影響を調べた.その結果,ECF流体(Electro-conjugate Fluid)は一般に油圧システムで用いられている鉱油系作動油に比べ,より大きなER効果を示すこと,植毛材質にグラファイトを混合するとER効果は大きくなるが同時に放電しやすくなるため,安定して電界が印加できなくなること,ER効果が流量,電極間隔,電極長さによらないこと,などを明らかにした.また,これらの結果に基づき,2ポート植毛ERバルブ静特性数学モデルを提案した.ついで,実用に近い形として4ポート植毛ERバルブを提案および試作した.設計に際しては,前述の数学モデルをもとに設計した.提案する4ポート植毛ERバルブは4つの植毛電極で構成され,各電極に印加する電界を変えることで,2つの出力ポートに差圧が生じ,負荷圧力を得ることができるものである.試作したバルブは外形寸法85×80×170mmで,供給圧1.8MPaで平均0.18MPaの負荷圧力を得た.さらに,実際に液圧ピストンシリンダと試作した4ポート植毛ERバルブによりサーボ系を構成し,ピストン変位を振幅±5mm,周波数0.05Hz,正弦波に追従させることに成功した.

最近，千叶大学的 Otsubo 等人报道，即使不使用 ER 流体，也可以通过使用纤维植入电极将电场施加到一般绝缘流体来产生 ER 效应。将这种新的ER效应应用到流体动力系统中，实现了一种新型液压控制阀（植绒ER阀）。我们进行了实验来阐明其基本特性，制作了一个可以控制液压执行器的四通液压控制阀原型，并建立了液压控制阀的数学模型。使用结果的具体细节如下。在本研究中，针对2端口植绒ER阀原型，我们研究了工作流体和植绒毛材料等各种因素的影响。结果，我们发现ECF流体（电共轭）流体）比液压系统中通常使用的矿物油基液压油表现出更大的ER效果，将石墨与植绒材料混合增加了ER效果，但同时也使其更容易排出，因此保持稳定的电。场不再适用，ER效果消失。基于这些结果，我们提出了二端口植绒 ER 阀门静态特性的数学模型。接下来，我们开发了四端口植绒 ER 阀门，作为接近实际使用的形式。我们提出并制作了 ER 阀门原型。在设计过程中，我们应用了上述数学原理。所提出的四端口植绒ER阀由四个植绒电极组成，通过改变施加到每个电极的电场，在两个输出端口之间产生压力差，并且可以获得负载压力。原型阀的外部尺寸为。 85 x 80 x 170 毫米。我们获得了 0.18 MPa 的平均负载压力，供给压力为 1.8 MPa。此外，我们使用实际的液压活塞缸和原型 4 端口植绒 ER 阀构建了伺服系统，并控制了活塞位移的幅度为 ± 5毫米和0.05赫兹的频率，我们成功地跟踪了正弦波。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

横田眞一,近藤豊,石原幸吉,大坪泰文,枝村一弥: "植毛電極による誘電液体の粘度増加を用いた液圧制御弁(植毛ERバルブの静特性および動特性)" 日本機械学会第76期全国大会講演論文集IV. 206-207 (1998)

Shinichi Yokota、Yutaka Kondo、Kokichi Ishihara、Yasufumi Otsubo、Kazuya Edamura：“利用植绒电极增加介电液粘度的液压控制阀（植绒 ER 阀的静态和动态特性）”日本机械工程学会第 76 届全国会议会议论文集四。206-207（1998）