РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГИБРИДНОГО ФЕРРО-ФЛЮИДА ДЛЯ МИНИАТЮРНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ

Аннотация

Будущие системы микро-роботов требуют приводов, которые могут генерировать высокую силу при уменьшенных массогабаритных характеристиках. Одним из основных технологических барьеров в разработке этих приводов является изготовление силовых уплотнений с низкими утечками. В этой статье представлена технология уплотнения для линейных флюидных цилиндров на основе ферро-флюидов.  Эти цилиндры имеют наружный диаметр 2 мм, длину 13. Были достигнуты давления до 1,6 МПа без утечки. При этих давлениях достигаются силы до 0,65 Н. Ход приводов составляет 10 мм.

Введение

Классические технологии уплотнения, такие как резиновые уплотнительные кольца, не подходят для микро цилиндров, поскольку небольшие изменения формы или размера резинового уплотнительного кольца, приводят к сильному трению или утечке. Чтобы избежать высоких требований к производству, в этой статье предлагается использовать жидких уплотнений на основе ферро-флюида. Ферро-флюиды представляют собой стабильную коллоидную суспензию однодоменных суперпарамагнитных частиц в жидкости-носителе. Подобные ферропластовые уплотнения уже предложены для вращающихся валов. Эта статья отличается от прежних публикаций тем, что она описывает линейные уплотнения и потому, что она фокусируется на миниатюризации этих уплотнений. На рисунке 1 изображена конфигурация исполнительного механизма, которая исследуется в этой статье. Это типичный гидравлический привод двойного действия, что означает, что привод способен генерировать и толкающие, и тянущие силы в зависимости от того, приложено ли давление к порту 1 или 2 давления соответственно (см. Рис.1). Целью этого исследования является разработка привода с секцией 1 мм и длиной 15 мм, которая может генерировать силы 1 Н и ход 10 мм.

Рисунок 1. Общая компоновка флюидных приводов

1. Конструкция привода

1.1 Герметичные уплотнения

В соответствии с Розенцвейгом, классическая формула может быть продолжена до уравнения  для описания циклов:

                      (1)

где, v- скорость потока, м/с;

 t время, с;

 Р составной давление, Мпа;

 µ- поле пропускания;

 Н- магнитное поле;

  - плотность магнитного потока;

  η - частота и магнитная мешающая способность (магнитный дипольный резонанс);

 Изучение различных конструкций уплотнений, основанных на других устройствах соответствующих магнитных полей. Рис. 2 показывает сильную магнитную плотность потока вдоль стенки штока (см. Пунктирную линию) для магнитов с радиальная намагниченность. На фиг.2 показаны одноступенчатые уплотнения, в то время как двухступенчатые уплотнения

Рисунок 2. Верх: плотность магнитного потока в зависимости от положения в одноступенчатом феррожидкостном уплотнении. Низ: эскиз сечения уплотнения. Пунктирная линия указывает место, где вычисляется магнитный поток

1.2 Гибридные уплотнения

Как указывалось во введении этой статьи, цель этого исследования заключается в том, чтобы уменьшить нагрузку на поршень что позволяет предотвратить утечки жидкости. Однако, несмотря на то, что предпочтительные данные о давлении на феррожидкостные уплотнения, исследованных в этой статье, ограничены примерно 100 кПа. Таким образом, новая гибридная технология уплотнения, которая сочетает резиновое уплотнение с ферожидкостным уплотнением, была разработана. В случае гибридных уплотнений из ферропласта, давление, которое должно быть сжато, за счет небольшого зазора до того, как оно достигнет ферроплавкого уплотнения. В то время как управляющая жидкость протекает через зазор, часть нагрузки под давлением рассеивается, и при этом давление снижается, что ухудшается благодаря феррофлюидному уплотнению.

Заключение

В этой статье представлена новая технология уплотнения, которая объединяет уплотнение с уплотнением из ферро-флюида. Эти уплотнения способны герметизировать высокое давление без утечки и с низким трением. Наблюдались силы до 0,65 Н при давлении движения 1,4 МПа. Приводной ход составляет 77% от общей длины привода.

Список литературы:

1. Абрамов Е.М. Элементы гидропривода: справ. пособие / Е.М. Абрамов, К.А. Колесниченко, В.Т. Маслов. – Киев: Техника, 1977. – 320 с.
2. Гидравлическое, пневматическое смазочное оборудование общего назначения, изготовляемое в СНГ, Литве, Латвии в 1992 г.: информ. материал. – СПб., 1992. – 127 с.
3. Домогаров А.Ю. Справочно-нормативные  материалы на рабочие жидкости и смазки: учеб. пособие / А.Ю. Домогаров, А.И. Степаков, И.С. Леладзе. – М.: Моск. автомобильно-дор. ин-т, 2004. –124 с. 
4. Попов Д.Н. Гидромеханика: учеб. для вузов / Д.Н. Попов, С.С. Панайотти, М.В. Рябинин; под ред. Д.Н. Попова. – М. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 384 с.
5. Свешников В.К. Гидрооборудование. Вспомогательные элементы гидропривода / В.К. Свешников. – М.: Издательский центр «Техинформ», 2003. – 446 с.