内容简介
本书聚焦于液压系统中的压力脉动能量回收与自供电监测技术,系统介绍了液压压电俘能器的原理、设计、性能优化与应用。全书共10章,从压力脉动特性与压电俘能基础理论入手,详细分析了圆盘、层叠、阵列、叠堆、活塞等多种压电俘能器结构的工作原理、理论建模、仿真分析与实验测试。书中深入探讨了液压压电俘能器结构参数优化、外部参数影响及宽频俘能设计等关键技术,并展示了其在管道振动监测与自供电无线传感系统中的应用实例。
本书体系完整,内容前沿,兼顾理论深度与工程实用性,适合液压技术、能量收集、压电材料与应用、状态监测等相关领域的研究人员、工程师及高校师生阅读参考。
前言/序言
液压技术作为现代装备制造、工程机械、航空航天等领域的核心动力与传动方式,凭借其功率密度大、控制精度高等优点,已得到极其广泛的应用。然而,液压系统在带来强劲动力与精确操控的同时,其内部固有的压力脉动现象却长期被视为一种消极的“副产品”。这种由泵源特性、阀口切换及负载扰动等因素引发的周期性或非周期性的压力波动,不仅是系统振动、噪声的主要来源,导致元件疲劳与可靠性下降,更在无形中耗散了系统宝贵的能量。
面对全球日益紧迫的节能减排需求与智能化装备对自供能传感网络的渴求,传统的“抑制”或“耗散”压力脉动的思路正面临根本性的转变。能否将这种普遍存在的“有害”能量,转化为有价值的电能,进而为系统状态监测、无线传感节点或低功耗控制器供能?这一设想催生了液压系统能量回收与自供能技术的一个重要分支——液压压力脉动压电俘能技术。
压电材料能够实现机械能与电能之间的直接双向转换,其响应快、能量密度高、结构灵活的特点,使之成为俘获液压系统高频、微幅压力脉动能量的理想载体。通过精巧的结构设计,将液压管路中的压力脉动高效地转换为作用在压电元件上的机械应力,从而产生可利用的电能,这不仅能“变害为宝”,提升系统整体能效,更能为实现液压系统关键参数的在线、无线、无源监测提供全新的解决方案,推动液压系统向更绿色、更智能的方向发展。
本书旨在系统阐述液压压力脉动压电俘能技术的原理、方法与最新进展。全书首先分析压力脉动的产生机理与基本特性,并阐述压电俘能的基础理论及性能评价体系;随后,重点剖析圆盘、层叠、阵列、叠堆、活塞等多种典型压电俘能器的结构设计、理论建模、参数优化与实验特性;在此基础上,进一步探讨为拓宽俘能频带、提升输出功率所采用的调谐、集成阻尼孔等先进设计方法;最后,结合管道振动监测、自供电无线传感等领域的具体案例,展示该技术的实际应用与工程前景。
本书力求理论联系实际,既注重基本原理的清晰阐述,也强调工程设计与实验验证的细节,旨在为从事液压技术、能量收集、压电材料、状态监测以及自供能系统研究的科研人员、工程师和高等学校师生提供一本系统的参考书。由于该领域仍在快速发展之中,书中疏漏与不足之处在所难免,恳请广大读者批评指正。
在本书的撰写与整理过程中,课题组的同学们付出了辛勤的努力并提供了重要的支持。其中,已毕业的张添、杨传辉、陈晨、仙同瑞、徐逸飞等硕士参与了本书前期的资料整理与编写工作;正在攻读硕士学位的王国森、王梦迪、苏盈、高熙俊、赵士昕、温文超等在后续阶段持续投入,为书稿的完善贡献了诸多心力。此外,华中科技大学罗小辉教授对本书内容提出了宝贵的修改意见与建议。在此,一并致以最诚挚的谢意。
著者




















