本發(fā)明屬于激振閥技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種方波激振閥。

背景技術(shù)：

振動試驗是現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域中一項基本試驗，廣泛應(yīng)用于諸多重要的工程領(lǐng)域，如結(jié)構(gòu)動力特性測試實驗、抗地震性能實驗、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)測試實驗、結(jié)構(gòu)動力檢測實驗、儀器設(shè)備故障診斷實驗、重大工程設(shè)施強震安全實驗、工程材料力學(xué)性能的疲勞測試，飛機(jī)、航天器、汽車等的飛行振動和道路振動實驗，建筑物、水壩等抗震實驗等。

目前所使用的振動臺有電磁式、氣動式、機(jī)械式和電液式等，而電液式以其輸出力大、無級調(diào)幅和調(diào)頻等優(yōu)點，受到廣泛使用。其中電液式的振動臺會采用到激振閥，激振閥是附加在某些機(jī)械和設(shè)備上用以產(chǎn)生激勵力的裝置，是利用機(jī)械振動的重要部件。激振閥能使被激物件獲得一定形式和大小的振動量，從而對物體進(jìn)行振動和強度試驗，或?qū)φ駝訙y試儀器和傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的電液式采用電液伺服閥驅(qū)動，其頻率受到電液伺服閥頻響特性的限制，難以提高到一較高的水平。浙江工業(yè)大學(xué)研制的2D高頻電液激振閥代表著當(dāng)前電液激振技術(shù)的先進(jìn)水平，該閥閥芯控制口具有雙自由度，實現(xiàn)激振頻率和幅值的獨立控制，激振頻率等于閥芯轉(zhuǎn)速和閥芯溝槽與閥套上的窗口之間的溝通次數(shù)的乘積，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，且其輸出的流量不夠大，難以實現(xiàn)方波信號輸出。

為了解決上述問題，中國專利文獻(xiàn)公開了電液激振控制閥【授權(quán)公告號CN100565158C】，包括閥休，閥體上開有與高壓油箱連通的進(jìn)油口、與液壓缸連通的第一進(jìn)出油口、第二進(jìn)出、油口、與回油油箱連通的第一出泊口、第二出油口，該電液激振控制閥還包括閥芯和閥套，閥套嵌套在閥體的內(nèi)壁，閥芯穿過閥套，閥芯與第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)連接；閥芯上等問距的設(shè)有至少四個臺肩，各個臺肩的周向均勻開設(shè)至少兩個溝槽，前后相鄰的臺肩上的溝槽相互錯位；閥套的周向均勻開設(shè)有與各個臺肩配合的一圈閥套窗口，所述的閥套窗口為至少四圈，在相鄰的閥套窗口之間的閥套設(shè)有輔助窗口，在靠近第一閥套窗口的閥套端部設(shè)有附加窗口。該專利其控制較復(fù)雜，且無法穩(wěn)定的輸出方波，難以滿足工程需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種方波激振閥，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是能實現(xiàn)方波信號的穩(wěn)定輸出。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種方波激振閥，包括閥體和閥芯，所述閥芯轉(zhuǎn)動連接在閥體內(nèi)且閥芯的一端穿出閥體，所述閥芯能沿其軸向方向相對閥體滑動，其特征在于，所述閥芯位于閥體內(nèi)的一段依次設(shè)有配流凸肩、控制凸肩一、控制凸肩二和滑動凸肩，所述配流凸肩、控制凸肩一、控制凸肩二和滑動凸肩均與閥體的內(nèi)壁貼靠，所述配流凸肩和閥體之間形成第一壓力控制腔，所述配流凸肩和控制凸肩一之間形成第一回油腔，所述控制凸肩一和控制凸肩二之間形成壓力腔，所述控制凸肩二和滑動凸肩之間形成第二回油腔，滑動凸肩和閥體之間形成第二壓力控制腔；所述第一回油腔和第二回油腔連通且通過開設(shè)在閥體上的回油通道與外界連通；所述閥體上開有與壓力腔連通的進(jìn)油口、分別位于進(jìn)油口兩側(cè)的第一控制口和第二控制口，所述進(jìn)油口分別與第一壓力控制腔和第二壓力控制腔連通；所述控制凸肩一與第一控制口對齊，所述控制凸肩二與第二控制口對齊，所述配流凸肩朝向第一回油腔的端面上開有環(huán)形槽，所述配流凸肩的側(cè)壁上沿閥芯的軸向設(shè)有第一窗口陣列和第二窗口陣列，所述第一窗口陣列和第二窗口陣列均由若干呈圓周分布的回油口組成，所述第一窗口陣列中的回油口相對第二窗口陣列中的回油口交錯設(shè)置，所述回油口與環(huán)形槽連通；所述閥體上與配流凸肩相對的側(cè)壁上開有第一導(dǎo)控口和第二導(dǎo)控口，所述第一導(dǎo)控口通過通道與第一壓力控制腔連通，所述第二導(dǎo)控口通過通道與第二壓力控制腔連通，在所述第一窗口陣列與第一導(dǎo)控口對齊時第二導(dǎo)控口與配流凸肩上位于第一窗口陣列和第二窗口陣列之間的側(cè)壁對齊，在所述第二窗口陣列與第二導(dǎo)控口對齊時第一導(dǎo)控口與配流凸肩上位于第一窗口陣列和第二窗口陣列之間的側(cè)壁對齊。

閥芯穿出閥體的一端與一電機(jī)連接，電機(jī)能帶動閥芯轉(zhuǎn)動；第一控制口和第二控制口與一控制油缸連通，控制油缸內(nèi)具有活塞，第一控制口和第二控制口分別與位于活塞兩端的油缸連通。

具體工作原理：

工作時，電機(jī)帶動閥芯轉(zhuǎn)動，在第二窗口陣列的回油口與第二導(dǎo)控口重疊面積大于第一窗口陣列的回油口與第一導(dǎo)控口的重疊面積大于時，第二壓力控制腔的壓力低于第一壓力控制腔的壓力，閥芯受到向第二壓力控制腔一側(cè)的推力并迅速向第二壓力控制腔一側(cè)移動，由于第二窗口陣列的回油口和第一窗口陣列的回油口是交錯設(shè)置的，因此移動后第一導(dǎo)控口和第二導(dǎo)控口都不與回油口連通并處于關(guān)閉狀態(tài)，在上述過程中，第一控制口先與壓力腔連通，第二控制口先與第二回油腔連通，在閥芯移動后，第一控制口會與第一回油腔連通，第二控制口會與壓力腔連通，此時壓力腔內(nèi)壓力較大，油液會從第二控制口壓入油缸，而第一回油腔內(nèi)壓力較小，因此油缸內(nèi)的油液從第一控制口被壓入第一回油腔，從而使得油缸內(nèi)的活塞向一側(cè)移動；閥芯繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，第一窗口陣列的回油口與第一導(dǎo)控口重疊，隨著重疊面積增大，第一壓力控制腔的壓力迅速下降，第二壓力控制腔的壓力迅速增大，使得第一壓力控制腔的壓力小于第二壓力控制腔的壓力，閥芯迅速向第一壓力控制腔一側(cè)移動，移動后第一導(dǎo)控口和第二導(dǎo)控口都不與回油口連通并處于關(guān)閉狀態(tài)，在上述過程后，第一控制口與壓力腔連通，第二控制口與第二回油腔連通，此時壓力腔內(nèi)壓力較大，油液會從第一控制口壓入油缸，而第二回油腔內(nèi)壓力較小，因此油缸內(nèi)的油液從第二控制口被壓入第二回油腔，從而使得油缸內(nèi)的活塞向另一側(cè)移動；通過閥芯轉(zhuǎn)動使得閥芯在軸向上前后往復(fù)移動，從而使得第一控制口和第二控制口與壓力腔交替連通，使得油液能交替從油缸的兩端進(jìn)入并使得活塞做往復(fù)運動并產(chǎn)生相應(yīng)頻率的激振力，最終實現(xiàn)方波信號輸出，激振頻率等于閥芯轉(zhuǎn)速與第二窗口陣列包含的回油口數(shù)目的乘積；通過第一窗口陣列中的回油口相對第二窗口陣列中的回油口交錯設(shè)置，閥芯的轉(zhuǎn)動速度恒定，閥芯在第一導(dǎo)控口和第二導(dǎo)控口之間來回移動時消耗的時間以及速度相同，也就是第一壓力控制腔和第二壓力控制腔內(nèi)壓力變化的幅度保持相同，從而使得從第一控制口和第二控制口進(jìn)出的油量相同，最后達(dá)到的效果就使活塞在來回移動時的位移以及所需要的時間是相同的，因此活塞來回移動時輸出的方波是穩(wěn)定的。

在上述的方波激振閥中，所述控制凸肩一和控制凸肩二之間的間距與第一控制口和第二控制口之間的間距相同。該結(jié)構(gòu)使得閥芯在來回移動時第一控制口和第二控制口只能其中一個與壓力腔連通，也就是第一控制口和第二控制口只有一個能出油，另一個則是進(jìn)油，避免在閥芯移動過程中出現(xiàn)壓力腔與第一回油腔或者第二回油腔連通的情況，通過該結(jié)構(gòu)保證控制凸肩一與第一控制口對齊，控制凸肩二與第二控制口對齊，實現(xiàn)方形波的穩(wěn)定輸出。

在上述的方波激振閥中，所述進(jìn)油口通過第一通道與第一壓力控制腔連通，所述第一通道內(nèi)設(shè)有使得油液能從進(jìn)油口流向第一壓力控制腔的第一單向閥，所述進(jìn)油口通過通過第二通道與第二壓力控制腔連通，所述第二通道內(nèi)設(shè)有使得油液能從進(jìn)油口流向第二壓力控制腔的第二單向閥。通過第一單向閥和第二單向閥實現(xiàn)第一通道和第二通道的單向流通，只能從進(jìn)油口進(jìn)油，保證第一壓力控制腔和第二壓力控制腔壓力保持穩(wěn)定，也就能使得閥芯來回移動穩(wěn)定，實現(xiàn)方形波的穩(wěn)定輸出。

在上述的方波激振閥中，所述第一窗口陣列中的回油口沿閥芯軸向上的寬度和第二窗口陣列中的回油口沿閥芯軸向上的寬度相同，所述第一導(dǎo)控口的直徑與回油口的寬度相同，所述第二導(dǎo)控口的直徑與回油口的寬度相同；所述第一窗口陣列和第二窗口陣列之間的間距與第一導(dǎo)控口和第二導(dǎo)控口之間的間距差等于回油口沿閥芯軸向上的寬度。上述結(jié)構(gòu)使得通過回油口中油液流量相同，也就在閥芯來回移動的過程中第一壓力控制腔和第二壓力控制腔損失和增加的油壓壓力大小相同，同時上述間距的設(shè)置使得閥芯在來回移動時沒有停頓，保證方形波形的穩(wěn)定性。

在上述的方波激振閥中，所述第一窗口陣列中的回油口和第二窗口陣列中的回油口的個數(shù)均為偶數(shù)。該結(jié)構(gòu)保證配流凸肩在軸向和周向上受力相等，使得閥芯在周向轉(zhuǎn)動上運輸，在軸向移動上穩(wěn)定，實現(xiàn)方形波的穩(wěn)定輸出。

在上述的方波激振閥中，所述第一窗口陣列中的回油口沿閥芯軸向上的寬度和第二窗口陣列中的回油口沿閥芯軸向上的寬度均為0.5mm～2mm。該結(jié)構(gòu)在閥芯以較高的頻率來回移動時保證閥芯移動的穩(wěn)定，從而得到穩(wěn)定的方形波。

在上述的方波激振閥中，所述配流凸肩朝向第一壓力控制腔的端面與滑動凸肩朝向第二壓力控制腔的端面面積相同。閥芯受到的壓力與作用面積直接相關(guān)，上述結(jié)構(gòu)使得第一壓力控制腔內(nèi)的壓力作用在閥芯上的面積與第二壓力控制腔作用在閥芯上的面積是相同的，也就避免了因作用面積不同導(dǎo)致閥芯軸向移動出現(xiàn)偏差的情況，從而保證方波信號輸出穩(wěn)定性，同時使得閥芯在來回移動時其來回移動的位移是相同的，從而保證方波信號輸出的對稱性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方波激振閥具有實現(xiàn)方波信號輸出且輸出的方波信號穩(wěn)定的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本方波激振閥的第二窗口陣列的回油口與第二導(dǎo)控口對齊時的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本方波激振閥的第一窗口陣列的回油口與第一導(dǎo)控口對齊時的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是閥芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、閥體；11、閥芯；2、配流凸肩；21、環(huán)形槽；22、第一窗口陣列；23、第二窗口陣列；24、回油口；25、第一壓力控制腔；26、第一導(dǎo)控口；27、第二導(dǎo)控口；28、第一通道；29、第一單向閥；3、控制凸肩一；31、控制凸肩二；32、壓力腔；33、進(jìn)油口；4、滑動凸肩；41、第二壓力控制腔；42、第二通道；43、第二單向閥；5、第一回油腔；51、第二回油腔；52、回油通道；6、第一控制口；61、第二控制口；7、電機(jī)。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

如圖1和圖2所示，方波激振閥包括閥體1和閥芯11，閥芯11轉(zhuǎn)動連接在閥體1內(nèi)且閥芯11的一端穿出閥體1，閥芯11穿出閥體1的一端與一電機(jī)7連接，電機(jī)7能帶動閥芯11轉(zhuǎn)動，閥芯11能沿其軸向方向相對閥體1滑動。

如圖1、圖2和圖3所示，閥芯11位于閥體1內(nèi)的一段依次設(shè)有配流凸肩2、控制凸肩一3、控制凸肩二31和滑動凸肩4，配流凸肩2、控制凸肩一3、控制凸肩二31和滑動凸肩4均與閥體1的內(nèi)壁貼靠，配流凸肩2和閥體1之間形成第一壓力控制腔25，配流凸肩2和控制凸肩一3之間形成第一回油腔5，控制凸肩一3和控制凸肩二31之間形成壓力腔32，控制凸肩二31和滑動凸肩4之間形成第二回油腔51，滑動凸肩4和閥體1之間形成第二壓力控制腔41；第一回油腔5和第二回油腔51連通且通過開設(shè)在閥體1上的回油通道52與外界連通；閥體1上開有與壓力腔32連通的進(jìn)油口33、分別位于進(jìn)油口33兩側(cè)的第一控制口6和第二控制口61，進(jìn)油口33通過第一通道28與第一壓力控制腔25連通，第一通道28內(nèi)設(shè)有使得油液能從進(jìn)油口33流向第一壓力控制腔25的第一單向閥29，進(jìn)油口33通過第二通道42與第二壓力控制腔41連通，第二通道42內(nèi)設(shè)有使得油液能從進(jìn)油口33流向第二壓力控制腔41的第二單向閥43；控制凸肩一3和控制凸肩二31之間的間距與第一控制口6和第二控制口61之間的間距相同，控制凸肩一3與第一控制口6對齊，控制凸肩二31與第二控制口61對齊，第一控制口6和第二控制口61與一控制油缸連通，控制油缸內(nèi)具有活塞，第一控制口6和第二控制口61分別與位于活塞兩端的油缸連通。

如圖1、圖2和圖3所示，配流凸肩2朝向第一回油腔5的端面上開有環(huán)形槽21，配流凸肩2的側(cè)壁上沿閥芯11的軸向設(shè)有第一窗口陣列22和第二窗口陣列23，第一窗口陣列22和第二窗口陣列23均由若干呈圓周分布的回油口24組成，第一窗口陣列22中的回油口24相對第二窗口陣列23中的回油口24交錯設(shè)置，回油口24與環(huán)形槽21連通；閥體1上與配流凸肩2相對的側(cè)壁上開有第一導(dǎo)控口26和第二導(dǎo)控口27，第一導(dǎo)控口26通過通道與第一壓力控制腔25連通，第二導(dǎo)控口27通過通道與第二壓力控制腔41連通，在第一窗口陣列22與第一導(dǎo)控口26對齊時第二導(dǎo)控口27與配流凸肩2上位于第一窗口陣列22和第二窗口陣列23之間的側(cè)壁對齊，在第二窗口陣列23與第二導(dǎo)控口27對齊時第一導(dǎo)控口26與配流凸肩2上位于第一窗口陣列22和第二窗口陣列23之間的側(cè)壁對齊。

如圖1、圖2和圖3所示，第一窗口陣列22中的回油口24沿閥芯11軸向上的寬度和第二窗口陣列23中的回油口24沿閥芯11軸向上的寬度相同，第一導(dǎo)控口26的直徑與回油口24的寬度相同，第二導(dǎo)控口27的直徑與回油口24的寬度相同；第一窗口陣列22和第二窗口陣列23之間的間距與第一導(dǎo)控口26和第二導(dǎo)控口27之間的間距差等于回油口24沿閥芯11軸向上的寬度。第一窗口陣列22中的回油口24和第二窗口陣列23中的回油口24的個數(shù)均為偶數(shù)。第一窗口陣列22中的回油口24沿閥芯11軸向上的寬度和第二窗口陣列23中的回油口24沿閥芯11軸向上的寬度均為0.5mm～2mm，作為優(yōu)選，回油口24的寬度為0.5mm或1.75mm或2mm。配流凸肩2朝向第一壓力控制腔25的端面與滑動凸肩4朝向第二壓力控制腔41的端面面積相同。

具體工作原理：工作時，電機(jī)7帶動閥芯11轉(zhuǎn)動，在第二窗口陣列23的回油口24與第二導(dǎo)控口27重疊面積大于第一窗口陣列22的回油口24與第一導(dǎo)控口26的重疊面積大于時，第二壓力控制腔41的壓力低于第一壓力控制腔25的壓力，閥芯11受到向第二壓力控制腔41一側(cè)的推力并迅速向第二壓力控制腔41一側(cè)移動，由于第二窗口陣列23的回油口24和第一窗口陣列22的回油口24是交錯設(shè)置的，因此移動后第一導(dǎo)控口26和第二導(dǎo)控口27都不與回油口24連通并處于關(guān)閉狀態(tài)，在上述過程中，第一控制口6先與壓力腔32連通，第二控制口61先與第二回油腔51連通，在閥芯11移動后，第一控制口6會與第一回油腔5連通，第二控制口61會與壓力腔32連通，此時壓力腔32內(nèi)壓力較大，油液會從第二控制口61壓入油缸，而第一回油腔5內(nèi)壓力較小，因此油缸內(nèi)的油液從第一控制口6被壓入第一回油腔5，從而使得油缸內(nèi)的活塞向一側(cè)移動；閥芯11繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，第一窗口陣列22的回油口24與第一導(dǎo)控口26重疊，隨著重疊面積增大，第一壓力控制腔25的壓力迅速下降，第二壓力控制腔41的壓力迅速增大，使得第一壓力控制腔25的壓力小于第二壓力控制腔41的壓力，閥芯11迅速向第一壓力控制腔25一側(cè)移動，移動后第一導(dǎo)控口26和第二導(dǎo)控口27都不與回油口24連通并處于關(guān)閉狀態(tài)，在上述過程后，第一控制口6與壓力腔32連通，第二控制口61與第二回油腔51連通，此時壓力腔32內(nèi)壓力較大，油液會從第一控制口6壓入油缸，而第二回油腔51內(nèi)壓力較小，因此油缸內(nèi)的油液從第二控制口61被壓入第二回油腔51，從而使得油缸內(nèi)的活塞向另一側(cè)移動；通過閥芯11轉(zhuǎn)動使得閥芯11在軸向上前后往復(fù)移動，從而使得第一控制口6和第二控制口61與壓力腔32交替連通，使得油液能交替從油缸的兩端進(jìn)入并使得活塞做往復(fù)運動并產(chǎn)生相應(yīng)頻率的激振力，最終實現(xiàn)方波信號輸出，激振頻率等于閥芯11轉(zhuǎn)速與第二窗口陣列23包含的回油口24數(shù)目的乘積。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。