C'est des bonnes nouvelles sur le piston. Non que le soutien le surnom de « mauvais corps de garçon » est situé dans l'équipe NBA de Detroit, mais dans la vie, l'industrie partout, mais peu d'attention est la base de pièces mécaniques.
Massachusetts Institute of Technology (MIT) et l'équipe de recherche de l'Université de Harvard ont développé un nouveau schéma de la conception du piston, par un moyen mécanique film à structure compressible constituée d'un matériau flexible pour remplacer l'ensemble piston rigide classique, de sorte que la création « piston de tension » peut produire plus de trois fois la force de pistons classiques, tout en éliminant largement friction, d'améliorer l'efficacité de conversion d'énergie de près de 40% dans des conditions de basse pression. Si un jour, le piston peut être appliqué à ce nouveau moteur, le véhicule peut rendre la conduite des voitures de force et de l'économie tels que nettement améliorée.
« Nous avons réinventé plus de 300 ans de piston de l'histoire », Li Shuguang résumer les résultats de l'importance de cette phrase.
L'étude a été publiée récemment dans la revue Advanced Functional Materials, chercheur post-doctoral à la recherche du MIT par le Li Shuguang de la Chine, Robert Wood Harvard (Robert Wood) et le MIT professeur d'informatique et directeur Laboratoire d'intelligence artificielle Daniela Cruz (Daniela professeur Rus) co-présidé.
« Crossover » a frappé une percée
Le concept de piston est apparu en 1690, a inventé la cocotte-minute du physicien britannique Dennis Niveau Pa (Denis Papin), l'étude sur la base d'une cocotte-minute construit un moteur de modèle, à savoir l'utilisation de la vapeur pour pousser le piston pour faire le travail. Encyclopédie Chongzhen de la dynastie Ming « Heavenly Creations » a également décrit un agencement de piston similaire.
piston conventionnel par un mouvement du piston et du cylindre de composition dure, qui a eu lieu état scellé étanche à l'intérieur, à proximité de la paroi intérieure du cylindre du piston coulissant Xuyao. Ainsi, le piston intérieur est divisé en deux espaces remplis de deux fluides (qui peut être l'eau, l'huile ou gaz), et est relié à une source de fluide externe au deux. S'il existe différentes pressions de fluide, le piston se glisser dans la direction de la pression inférieure, et peut entraîner la tige mobile, ou d'autres moyens. Ce principe a été utilisé pour la conception de machines, y compris moteur à pistons, ascenseurs hydrauliques, outils électriques, des amortisseurs et des grues.
Cependant, le piston classique présente plusieurs inconvénients: un frottement élevé entre le piston mobile et la paroi de la chambre peut entraîner une défaillance du joint d'étanchéité, les fuites, et a pour effet de défaillance soudaine ou analogue. Hydraulique occasion de personnes se trouvent sur les deux côtés du piston sont principalement couverts de graisse, sale, c'est l'huile ou des fuites de liquide à l'intérieur de la question inévitable. En outre, à une des conditions de pression inférieure, l'efficacité de conversion d'énergie conventionnelle et la vitesse de réponse de la chaussure de piston est souvent limitée.
Li Shuguang dans une interview avec DeepTech qu'il est lui-même la fabrication de machines de formation scientifique, et avant a été axée sur des robots modulaires, des robots qui contient une variété de nouveaux concepts. Ces dernières années, la montée d'un champ chaud de la robotique de recherche - robots logiciels, est d'utiliser des matériaux « mous » pour faire les nouveaux robots. Il y a beaucoup d'experts matériaux, les roboticiens sont embarquais, presque chaque année, il y a deux, trois articles sur des robots logiciels, des dispositifs flexibles publiés dans des revues de haut niveau.
Plus tôt cette année, Li Shuguang a été le premier auteur, dans le magazine Nature a publié un article de couverture sur la recherche avancée « robot de particules » (DeepTech Nouvelles connexes: Les jeunes chinois à faire des panneaux de particules robots Nature Cover | entretien approfondi avec le premier auteur Li Shuguang)
Alors que les robots flexibles, la recherche Li Shuguang se concentre sur la façon d'utiliser un matériau souple (gel de silice, de la mousse ou du textile, etc.), ou la préparation d'un matériau composite spécial souple pour atteindre le robot d'origine ne fonctionne pas, de sorte que le robot peut être plus en toute sécurité interagir avec les gens. des recherches sur la robotique flexible, le plus de points critiques sont les nouvelle conception des actionneurs et des capteurs.
Etude du robot d'entraînement flexible qui implique l'utilisation de matériaux pour la fabrication, est choisi entraînement électrique, pneumatique ou hydraulique et ainsi de suite. Li Shuguang concentre actuellement sur le champ aérodynamique, cherchent des moyens d'utiliser l'air comprimé pour entraîner le « muscle artificiel ».
L'utilisation d'un matériau flexible pour la conception re-piston, la même souche et de la recherche avant que Li Shuguang, quand il a essayé d'utiliser des matériaux souples et ne pas conduire trouvé présente des performances encore mieux que la conception traditionnelle des matériaux durs. La douce est plus forte que dur? Ce résultat est très intéressant.
Après avoir découvert cela, les pistons, la pression du cylindre naturellement beaucoup de gens vont l'utiliser et la comparaison hydraulique ou pneumatique industriel existant. Li Shuguang après avoir entendu tout le monde doute curieux qui l'a inspiré en tant que spécialistes de la recherche spirituelle, simplement décidé d'expérimenter un peu.
Il a fait avant l'entraînement flexible - « muscle artificiel » monté sur un cylindre rigide, comme un pneumatique conventionnel ou piston hydraulique, que la pression interne du cylindre pour donner après, d'autres essais de diverses propriétés. Après vérification, nous avons constaté que la nouvelle structure de piston conçue en matériau souple est en effet beaucoup plus forte que la performance piston traditionnel.
L'utilisation d'une telle force d'entraînement d'un matériau flexible de piston « de traction » énorme plusieurs fois plus grande que le piston classique à plus de 300 ans d'histoire. Nouveau « piston de tension » pas en contact avec le cylindre, il n'y a aucune perte de friction, et peut par conséquent répondre rapidement à basse pression, tandis que le rendement de conversion d'énergie supérieure à environ 40% du piston classique.
... La figure | principe d'un piston classique (à gauche) et le matériau souple du piston (à droite); b Un prototype de laboratoire d'un matériau souple du piston; c & j à la même pression d'entraînement, le piston piston classique (pneumatique) d'un matériau flexible. écrasé comparatif (Ps du droit visible excellente performance); E entre le piston traditionnel (pneumatique - bleu) d'un matériau flexible et deux force de sortie différente du piston (rouge et jaune) (source: Li Shuguang).
raisons excellentes performances nouvelle conception de piston en matériau souple, en ce qu 'il limite la pression de la relation de pression dans le domaine de la physique, à savoir, la force de sortie du piston est égale à la pression interne classique dans le cylindre multipliée par la surface en coupe transversale. Conception d'un tel matériau souple, si la pression d'entraînement dans une chambre étanche à l'intérieur de la tension d'un matériau flexible, transmis directement au mécanisme de mouvement est connecté. Dans ce nouveau type de piston, la surface du matériau « skin » souple est beaucoup plus grande que la surface en coupe transversale du cylindre.
Combiné avec des matériaux communs procurait la conception ordinaire
Chaque fois que je l'entends, il est l'innovation dans le domaine de la conception à base de matériau, la première réaction de la plupart des gens serait probablement: Quand « Ce nouveau genre de choses, assez cher, non? » La plupart du laboratoire de recherche pour tenter d'applications convertir , il peut y avoir des coûts trop coûteux, peu coûteux, difficile à aborder la question des applications à grande échelle, de manière à rejeter l'industrie.
Cette « redéfinie » nouveau piston, et sans l'utilisation de nouveaux matériaux à l'avant-garde du processus de fabrication, mais par la combinaison de divers matériaux communs conçus. Par conséquent, du point de vue du coût matériel, il n'augmente pas de manière significative par rapport au piston conventionnel. Pendant ce temps, étant donné que la majeure partie du matériau métallique est pas utilisé, l'état de sortie de la même force, la nouvelle préparation du piston doit également être plus flexible poids du matériau.
La figure | fabrication de nouveaux matériaux et de matériau flexible de l'élément de piston: plexiglass cylindres # 1, # 2 nylon TPU, tige d'acier n ° 3, n ° 4 roulements linéaires, cravate # 5, # 6 comprimés à matrice, n ° 7 de la culasse , le capuchon d'étanchéité # 8, # 9 fil de TPU, # 10 tube de caoutchouc d'amortissement de l'impression 3D # 11, # 12 bande d'étanchéité, # 13 adhésif de silicone, des boulons et des écrous # 14 (source: Li Shuguang)
coût inférieur, tandis que les matériaux composants, le nouveau procédé de production du matériau souple du piston est également simple. Li Shuguang du plan de suivi de l'étude a examiné, si elles sont mises en grandes applications de production à grande échelle de phase de test, l'industrie des équipements de production existants est de répondre au nouveau processus de production de piston.
Figure | nouveau procédé de fabrication d'un matériau souple du piston: Étape un tissu de nylon de la bobine de liaison, l'étape deux arbre de montage, et le squelette du logement; Troisième étape combinaison d'un piston, un cylindre et un couvercle (source: Li Shuguang).
A en juger par le laboratoire de test de fiabilité durable aux applications
En plus des défauts dans les matériaux et les coûts de fabrication, une autre est particulièrement remarquable de sa fiabilité au niveau de l'application. Li Shuguang dit que avant de faire cette expérience nouvelle piston à la fin personne ne sait ce que le résultat.
Ainsi, après une bonne performance de test de performance, il est naturel de faire des tests de durabilité prototype de laboratoire d'une uvre d'un nouveau piston.
« Je veux aussi regarder à la fin comment, si elle est brisée, les expériences ont même terminé. » En faisant des tests de durabilité, Li Shuguang vraiment très inquiet. Mais le résultat final était de le laisser soupirer, dans des conditions de chargement fixes, les nouveaux Pistons ont continué pendant 19 heures du cycle de test, le lecteur alternatif plus de dix mille fois. Dans ce processus, les nouveaux pistons prototypes de laboratoire ont été très stables.
Figure | configuration expérimentale et le résultat du cycle d'essai de durabilité: un appareil d'essai; Répétabilité test B, C Durabilité (Source: lishuguang).
Bien sûr, pour piston applications d'ingénierie pratique, les questions à examiner seront plus intégrés et complets. Le piston obtenu maintenant ce nouveau tests de performance matériau souple, il est considéré dans la conception générale et le fonctionnement d'un grand nombre limite d'étanchéité laboratoire, la force et la sécurité réalisée. Avenir, les plans de l'équipe Li Shuguang d'élargir davantage l'ampleur du point de vue de l'ingénierie de production expérimentale.
Pendant ce temps, étant donné que le matériau lui-même est limité par le prototype de laboratoire, et un procédé d'utilisation de l'adhésif, mais il ne peut pas être utilisé à haute température et de l'environnement à haute pression. En raison de cette faiblesse, Li Shuguang représente l'un des centre de leur équipe de recherche de ce problème est la prochaine étape.
Parce que si vous voulez utiliser un nouveau piston dans le moteur, de sorte que la force motrice des voitures et d'autres véhicules a été considérablement améliorée, il faut d'abord faire en sorte que le piston peut être à haute température, haute pression, et a une durée de vie plus longue.
« La solution à ce problème ne devrait pas être difficile, » Li Shuguang très confiant: « Nous avons trouvé plusieurs approprié, peut être à haute température haute pression flexible matériau composite. »
Une plus grande importance est accordée à « piston » nouveau concept
exploration future en plus le choix d'un matériau souple, avant que la structure est conçue prototype de laboratoire d'effets simple, analogue à celui des moyens d'application tels que des vérins hydrauliques, le piston doivent généralement répondre aux besoins de la réciprocité.
« Ceci est la conception mécanique de la chose, parce que l'expérience était à l'origine juste une idée que j'avais pour la vérification, une plus grande importance est proposée et fait preuve d'un nouveau concept, » Li Shuguang a dit: « Nous sommes confiants dans la conception mécanique. Après laisser le nouveau mouvement alternatif du piston d'achèvement, pire modèles de mouvement beaucoup plus est pas un problème ".
Figure | conception différente de la nouvelle structure squelette du piston: le mode sport traditionnel, entièrement en mode « flexible », et un mode de mouvement de rotation (Source: lishuguang)
Li Shuguang dit le test a révélé que le plus important, est donné un nouveau concept de « plug ». « Il donne la conception future du piston apporte une direction de développement plus intéressant et riche, sa structure de base peut être conçue dans des formes différentes, en même temps, pour répondre aux différentes exigences définissent la taille de la sortie de la force et la direction. »
