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论述压电材料对智能机械发展的影响

出处:论文网
时间:2017-08-23

论述压电材料对智能机械发展的影响

  随着我国智能机械技术的不断发展,积极寻求一种适应智能机械设备运行的材料是智能技术发展的关键因素。压电材料是智能机械传感器和制动器的重要原料,压电材料的应用对提高智能机械的性能具有重要的促进意义,尤其是压电效应的压力发电功能,对实现智能操作、降低电磁干扰以及实现设备自动化操作具有显著的作用。

  一、压电材料的概述及分类

  压电材料是实现机械能与电能转换的功能材料,随着压电效应被人们所认识,压电材料被广泛的应用社会工业制造领域中。基于压电材料的类型可以分为:压电晶体。石英晶体是压电效应应用最早的材料,虽然其性能比较稳定,但是造价比较高,因此其主要应用于精度要求比较高的传感器中;PT系压电材料。其主要是在高频高压电陶瓷元件的制作中得到应用的,目前该材料在换能、超声以及工业无损检测等方面得到广泛的应用;压电陶瓷。此种材料属于人工制造的压电材料,尤其是纳米压电陶瓷材料的研发为智能机械发展起到了关键的作用。

  二、压电材料在智能机械中的应用体现

  (1)传感元件。基于压电材料所具有的正压电效应可以将压电材料作为传感器元件使用,压电效应就是当压电材料在受到一定方向的外力作用下会出现变形,而压电材料内部会同时发生激化,也就是在晶体的相对方向出现正负电荷。一般压电效应分为正压电效应和逆压电效应。将压电材料应用到智能机械的传感器中就相当于测量装置,其主要是对外界的环境变化等进行测量,根据外界变化及时作出相应的反应,并且将其转化为识别电信号进行传输。(2)驱动元件。将压电材料作为驱动元件就是利用压电材料的逆压电效应实现。在压电材料的外部实施电场,此时压电材料因为受到电场影响而出现机械变形,进而产生逆压电效应,此时就可以通过对输入电信号的大小做出相应的动作或者达到某种特定的状态。(3)控制系统。由于智能机械设备需要根据外界环境的变化而调整自己的工作状态,基于外界环境的不确定性,需要机械控制器具有一定的在线学习功能和一定的智能性,同时控制系统还需要不断地接受传感器的信号传递,并且通过内部控制算法输出相应的控制信号给驱动元件,以此实现机械设备的自动化操作。

  三、压电材料对智能机械发展的影响

  由于压电材料在智能机械中占据重要的影响地位,使得对智能机械的发展产生巨大的影响:一是提高智能机械设备的稳定性。基于传统机械机械动能的影响,机械设备在具体的操作中存在很大的噪音,而且其容易出现损坏、破坏等病害,而通过应用压电材料则实现了智能机械运行的稳定性,提高了机械使用寿命。我们以机械梁为例,由于机械动力主要集中在设备大梁上,受到外界冲击力以及自身运动力的影响,机械设备的稳定会出现缺陷,影响工作效率,而压电材料的压电效应则可以解决该问题。压电材料可以粘贴到机械设备的结构内部,通过与控制器相连接,根据传感器采集的信号及时将相应的信息传递到控制器中,从而将机械变形能转变为电能等,以此提高智能机械操作的性能;二是压电材料有助于智能机械的节能目的。随着我国能源消耗的日益增加,发展智能机械的重要目的就是降低能源消耗,因此通过压电材料的压电效应可以为智能机械提供广泛的动能,在智能机械发展过程中我们可以利用压电效应将传感器接收到的动能等转化为光能、电能等,以此应用到智能机械中,解决了智能机械的能源问题。

  虽然将压电材料应用到智能机械中具有重要的意义,但是由于压电材料的研究时间还不长,二者的融合应用还存在缺陷:一是关于二者融合方面的人才比较匮乏。由于在现有环境下,关于压电材料与智能机械融合的研究时间还不长,因此对于人才的要求会更好,而目前我国关于这方面的人才比较匮乏,尤其是缺乏高端的人才;二是智能机械制作精密,连接机械繁多,设备复杂对智能机械的维护提出了很高的要求。三是智能机械一旦出现问题,压电材料和智能机械所需配件在国内外没有配套的公司生产,这些问题都严重影响了其发展,二者完美有机的结合需要多学科多层次的合作,需要很多衍生的相关产业配套。

  总之,智能材料和智能机械相辅相成,在资源利用率,环境保护上面做出应有的贡献,因此我们要加强对压电材料的研究力度,将压电材料广泛地应用到智能机械制造中,以此更好地服务于人类,实现我国机械制造强国战略目标。

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