功率型压电液压泵是利用压电材料的逆压电效应,结合阀的整流作用,将压电材料的高频小行程运动转化为液体的单向流动,推动液压缸轴及负载运动从而对外做功的装置,具有功率密度大、响应快、易于小型化等优点,在航空航天、汽车和机器人等领域具有广阔的应用前景。然而目前压电液压泵的功率普遍较低,其主要原因是工作频率不高,液体惯性质量、阀的动态特性以及压电致动器自身特性如压电材料内在的损耗等因素限制了压电液压泵工作频率的提高,使得压电材料的高功率密度优势没有得到很好的发挥。为此,本论文从压电液压泵工作原理出发,详细分析了限制压电液压泵工作频率提高的主要因素,提出改进措施,并从营造高压液体环境为高频工作创造条件、引入振动滤波器减小液体惯性质量、引入机械弹性结构补偿液体及活塞惯性质量以及利用液体弹性补偿液体惯性质量等方面进行研究。本论文的主要工作和结论如下:从理论上分析了限制功率型压电液压泵工作频率进一步提高的因素并提出营造高偏压液体环境为压电液压泵高频工作创造条件。首先分析了高频时液体惯性质量、阀的动态特性、压电致动器自身特性等因素的影响,并提出高频时需要考虑的问题。然后分析了提高偏压的优势,可以抑制高频吸液空化提高压电液压泵最高工作频率,同时可以提高液体刚度降低液体可压缩性带来的能量损失,以及提高压电液压泵最大输出压强从而有利于降低液体管路阻尼损失实现液体高效率输送。实验研究了高偏压对压电致动器、液压油有效体积弹性模量以及压电液压泵性能的影响。首先研究了高压应力下压电致动器性能的变化,合适的高压应力下压电致动器压电性能没有下降反而有所提高,这对于提高压电液压泵偏压是有利的。同时,首次提出了基于压电致动器和液体谐振的液体有效体积弹性模量测量方法,并研究了 7 MPa偏压范围内液压油有效体积弹性模量变化。最后设计了压电致动器直接驱动的压电液压泵系统,对提高偏压的影响进行验证。实验结果表明,一定压力范围内,偏压越高,压电液压泵最大输出阻塞力越大。提出了将振动滤波器用于功率型压电液压泵以减小液体惯性质量。首先基于固液等效建模对滤波器滤除高次谐波作用进行了分析。然后通过流固耦合仿真研究了弹性腔振动滤波器对压电液压泵排液速度和流量的影响。仿真结果表明,加入弹性腔可以提高排液速度和流量,且弹性腔距离排液口越近效果越好。说明弹性腔的引入使得直接推动的液体被局限在弹性腔以内,从而减小了液体惯性质量。最后,针对功率型压电液压泵高压环境特点,提出利用弹性较好且耐高压的气体腔作为振动滤波器。设计并制作了原理验证性样机,获得了较好的实验效果。提出了引入机械弹性结构对液体及活塞惯性质量进行补偿,设计了基于谐振振子驱动的高频压电液压泵。引入机械弹性结构设计谐振振子驱动液体,可以将压电致动器的大输出力小位移转换为合适的输出力以及大位移,有利于提高阀的效率。同时,谐振时机械弹性结构可以很大程度抵消液体及活塞质量引起的感性阻抗,能够大大提高压电致动器功率输出的功率因数。利用菱形位移放大机构作为机械弹性结构设计了两种谐振振子。基于双位移放大机构的谐振振子有两种工作模态,在偏压为2 MPa,激励电压为500 Vpp时,同向模态驱动时系统空载谐振频率为720Hz,最大输出速度和阻塞力分别为11.3mm/s和47.5N,对应的最大输出流量和压强分别为85.7 mL/min和0.38 MPa;反向模态驱动时系统空载谐振频率为1590Hz,最大输出速度和阻塞力分别为20mm/s和66N,对应的最大输出流量和压强分别为151.7 mL/min和0.52 MPa。基于单位移放大机构谐振振子驱动的压电液压泵,空载时系统谐振频率约为650 Hz,激励电压为600 Vpp时,最大空载速度和阻塞力分别为10.22mm/s和165N,对应的最大输出流量和压强分别为77.5 mL/min和1.3 MPa。提出了利用液体弹性对液体惯性质量进行补偿,设计了基于液体谐振驱动的高压高频压电液压泵。基于电液类比和声学类比从理论上推导了液体管路谐振频率,并进行特征频率仿真。分析了基于液体谐振驱动的压电液压泵的工作原理。设计并搭建实验装置进行验证。结果表明,基于液体谐振驱动的压电液压泵工作频率可达2.4 kHz,且在6 MPa偏压范围内,压电液压泵空载输出速度越大随偏压增大而增大,提高偏压有利于提高压电液压泵性能。在激励电压为400 Vpp,偏压为5MPa时,系统最大空载速度和最大阻塞力分别为5.4mm/s和181N,对应的最大输出流量和压强分别为40.8mL/min和1.43 MPa。工作频率为2.44kHz时,效率可达9.7%。