專利名稱：單出桿液壓缸電液激振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單出桿液壓缸激振器。
背景技術(shù)：
振動試驗作為現(xiàn)代工業(yè)的一項基礎(chǔ)試驗和產(chǎn)品研發(fā)的重要手段， 廣泛應(yīng)用于許多重要的工程領(lǐng)域，如汽車和行走機械的道路模擬試 驗；工程材料、水壩及高層建筑的抗震疲勞試驗等。
激振的方式主要有機械式、電磁式和電液式三種類型，機械式振動 臺特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低；但由于機械結(jié)構(gòu)所限，存在上限頻率 較低、波形失真較大及有機械雜波等缺點。電動式振動臺具有波形失 真度較小、工作頻率范圍大等優(yōu)點；但是，電動式振動臺由于受到固
有磁飽和的限制，不易獲得大激振力，此外，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、振動位 移有限和需要輔助冷卻裝置。
電液激振與前二者相比具有激振功率大、推力大、能實現(xiàn)多點激 振的優(yōu)點，主要應(yīng)用于重載、大功率的場合?，F(xiàn)有的電液式激振的工 作原理(如圖l所示)是通過對電液伺服閥輸入激振信號控制液壓執(zhí) 行元件(油缸或馬達)作往復(fù)直線或扭轉(zhuǎn)運動，進而使施振對象起振。 按這種原理工作的電液激器其激振頻率在很大程度上決定于電液伺服 閥的頻寬。受伺服閥工作結(jié)構(gòu)和頻響特性的限制，主要存在以下不足
之處(1)其激振頻率一般在80HZ以內(nèi)，難以提高；(2)閥開口面
積幅值隨激振頻率的提高衰減比較嚴重；(3)伺服閥一般采用先導(dǎo)式 多級結(jié)構(gòu)，存在零位泄漏，先導(dǎo)級能量損失嚴重，能量效能低。(4)
4噴嘴擋板伺服閥或射流管伺服閥對油液的潔凈等級高，抗污染差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的單出桿液壓缸激振器的激振頻率較低、閥幵口面 積幅值隨激振頻率的提高衰減比較嚴重、能量效能低、抗污染性能差 的不足，本發(fā)明提供一種能有效提高激振頻率、減少閥開口面積幅值 隨激振頻率的提高的衰減、能量效能高、抗污染性能良好的單出桿液 壓缸電液激振器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種單出桿液壓缸電液激振器，包括2D電液激振閥、單出桿液 壓缸和加載對象，所述單出桿液壓缸的缸體內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞一 側(cè)與活塞桿固定連接，活塞桿的一端伸出所述單出桿液壓缸的缸體外， 所述活塞桿與所述加載對象連接，所述缸體中活塞一側(cè)的內(nèi)腔的油口 與高壓油箱連通，所述缸體中活塞另一側(cè)的內(nèi)腔的油口與所述電液激 振器的進出油口連通；
所述2D電液激振閥包括閥體、閥芯和閥套，所述的閥體上開有 與高壓油箱連通的進口油、與單出桿液壓缸的缸體相連的進出口油以 及與回油油箱相連的出油口；所述的閥套嵌套在閥體的內(nèi)壁，所述的 閥芯穿過閥套，所述的閥芯與用于驅(qū)動閥芯旋轉(zhuǎn)的第一伺服電機和驅(qū) 動閥芯軸向移動的第二伺服電機連接，所述的閥芯上設(shè)有第一臺肩和 第二臺肩，所述第一臺肩和第二臺肩的周向均勻開設(shè)至少兩個溝槽， 第一臺肩和第二臺肩上的溝槽相互錯位；所述的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，所述的閥套窗口包括第一閥套窗 口、第二閥套窗口，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；所述的附加窗口與所述
出油口連通，所述第一閥套窗口和輔助窗口與進出油口連通，所述第 二閥套窗口和進油口連通。
進一步，所述的一圈閥套窗口的窗口數(shù)與一個臺肩上的溝槽數(shù)互 為約數(shù)，一圈闊套窗口的窗口數(shù)和一個臺肩上的溝槽數(shù)為大于1的整 數(shù)。 .
或者是 一圈閥套窗口的窗口數(shù)和一個臺肩上的溝槽數(shù)為大于1 的整數(shù)，所述的一圈闊套窗口的窗口數(shù)與臺肩上的溝槽數(shù)之間差值的 絕對值為一圈閥套窗口的窗口數(shù)和臺肩上的溝槽數(shù)的約數(shù)。
再進一步，所述的一圈閥套窗口的窗口數(shù)比一個臺肩上的溝槽數(shù)大。
更進一步，在閥套的周向均勻開設(shè)所述的輔助窗口和附加窗口 。 所述的每個臺肩上的溝槽數(shù)為四個、六個、八個或十六個。 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為采用閥芯旋轉(zhuǎn)和軸向雙自由度設(shè)計而成。 在控制閥中閥芯由伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，使得沿閥芯臺肩周向均勻開設(shè) 的溝槽(相鄰溝槽的圓心角為e)與閥套上的窗口相配合的閥口面積 大小成周期性變化，由于相鄰臺肩上的溝槽相互錯位(錯位角度為 6/2 )，因而使得進出液壓缸活塞端面面積較大的容腔的流量大小及方 向以相位差為180。發(fā)生周期性的變化，驅(qū)動液壓執(zhí)行元件單出桿液壓 桿做周期性的往復(fù)運動，進而帶動與單出桿液壓桿活塞桿相連的加載 對象做來回振動。
當閥芯在轉(zhuǎn)動過程中位于圖2所示的位置時，P 口和C 口溝通，
液壓缸B 口和C 口相連，液壓缸左腔(活塞面積較小端)恒與高壓油箱連通，右腔(活塞面積較大端)進油，雖然液壓缸兩腔的壓力相等， 因活塞兩端存在面積差，油缸活塞向左運動；當閥芯旋轉(zhuǎn)過^/2角度 處于圖3所示位置時，C口和T口溝通，液壓缸B口和C口相連，液 壓缸左腔(活塞面積較小端)恒與高壓油箱連通，右腔(活塞面積較 大端)回油，油缸活塞向右運動。當閥芯在伺服電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)時， 油缸活塞將作周期性的往復(fù)運動產(chǎn)生徵振。
在電液激振閥中，臺肩上的溝槽與閥套上窗口構(gòu)成的面積除因閥 芯旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性變化外，其變化的幅度通過閥芯的軸向運動從零(閥 口完全關(guān)閉)到最大實現(xiàn)連續(xù)控制。閥芯的的軸向運動由另一伺服電 機通過偏心機構(gòu)驅(qū)動闊芯實現(xiàn)，通過控制該伺服電機轉(zhuǎn)角的大小從而 改變閥口面積周期性變化的幅度，進而改變液壓缸的振動幅值(輸出 推力)。
圖2所示電液激振閥控液壓執(zhí)行元所構(gòu)成的電液激振器的工作頻 率與閥芯的轉(zhuǎn)速成正比。由于閥芯為細長結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動慣量很小，又處 于液壓油的很好潤滑狀態(tài)中，因而很容易提高閥芯的旋轉(zhuǎn)速度獲得高 的激振頻率。
電液閥控激振器的工作頻率/等于閥芯的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速《與閥芯溝槽每 轉(zhuǎn)與閥套窗口之間的溝通次數(shù)m的乘積。因而除通過提高閥芯的轉(zhuǎn)速 提高工作頻率外，還可以通過增加閥芯臺肩上的溝槽數(shù)及選擇閥芯與 閥套之間的配合關(guān)系來提高閥芯溝槽與閥套窗口每轉(zhuǎn)溝通次數(shù)。閥芯 每轉(zhuǎn)溝通次數(shù)m除與閥芯溝槽數(shù)Z有關(guān)，還與閥芯溝槽與闊套窗口的 配合關(guān)系有關(guān)。如果一圈閥套窗口的窗口數(shù)能被一個臺肩上的溝槽數(shù) 整除，或一個臺肩上的溝槽數(shù)能被一圈閥套窗口的窗口數(shù)整除，則這種配合形式稱為全開口型，如圖4和圖5所示。全開口型閥芯每轉(zhuǎn)的 通斷次數(shù)即為閥芯溝槽數(shù)z (閥套窗口數(shù))。如果闊芯溝槽數(shù)與閥套窗 口數(shù)不相等，則這種配合形式稱為部分開口型，如圖6和圖7所示。 部分開口型閥閥芯每轉(zhuǎn)的通斷次數(shù)等于閥芯溝槽數(shù)Z與"拍數(shù)"的乘 積，"拍數(shù)"等于閥芯溝槽數(shù)與閥芯溝槽數(shù)和閥套窗口數(shù)差之比(閥芯 溝槽數(shù)和閥套窗口數(shù)必須選擇合適的值，從而保證拍數(shù)為整數(shù))。圖6 閥芯溝槽為8，閥套窗口數(shù)為IO，閥芯每轉(zhuǎn)溝通32次。通過以上簡要 分析可以看出采用閥構(gòu)成的電液激振器易于實現(xiàn)高頻激振。
電液激振閥的頻率/等于閥芯的轉(zhuǎn)速"與每轉(zhuǎn)的閥芯溝槽與閥套 窗口之間的溝通次數(shù)附之間的乘積，艮口
對于全開口型，m等于閥芯溝槽數(shù)和閥套窗口數(shù)的大者；對于部分 開口型，附等于閥芯溝槽數(shù)和閥套窗口數(shù)的大者與閥芯溝槽數(shù)和閥套 窗口數(shù)之差的比值。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、能夠大幅度提高電液激振頻率；
2、減少閥開口面積幅值隨激振頻率的提高的衰減好；3、能量效能高；
4、抗污染性能良。


圖1是現(xiàn)有的液壓激振原理圖。 '
圖2是本發(fā)明的電液激振器的第一工作狀態(tài)示意圖。
圖3是本發(fā)明的電液激振器的第二工作狀態(tài)示意圖。
圖4是一種全開口型電液激振控制閥的閥芯和閥套窗口的示意圖。圖5是另一種全開口型電液激振控制閥的閥芯和閥套窗口的示意圖。
圖6是一種部分開口型電液激振控制閥的閥芯和閥套窗口的示意圖。
圖7是另一種部分開口型電液激振控制閥的閥芯和閥套窗口的示 意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一歩描述。
參照圖1 圖7， 一種單出桿液壓缸電液激振器，包括電液激振閥 8、單出桿液壓缸3和加載對象5;所述電液激振閥8與所述的單出桿 液壓缸3連接，所述單出桿液壓缸3與所述加載對象5連接，所述單 出桿液壓缸5活塞的一端伸出液壓缸，活塞兩面的面積存在面積差， 在液壓缸活塞兩端各有一個油口 ，面積較小端的油口與高壓郵箱連同， 面積較大段的油口與所屬電液激振器的進出油口連通。所述電液激振 閥8包括闊體，所述的閥體上開有與高壓郵箱連通的進口油P，與液 壓缸連通的進出口油C，與回油郵箱相連的出油口 T。該電液激振控 制閥還包括閥芯13和閥套12，所述的閥套12嵌套在閥體的內(nèi)壁，所 述的閥芯13穿過閥套12，所述的閥芯13與用于驅(qū)動閥芯旋轉(zhuǎn)的第一 伺服電機和驅(qū)動閥芯軸向移動的第二伺服電機連接；所述的閥芯13 上設(shè)有至少兩個臺肩，包括第一臺肩10、第二臺肩11所述各個臺肩 的周向均勻開設(shè)至少兩個溝槽，相鄰的臺肩上的溝槽相互錯位；所述 的閥套12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 閥套窗口為至少兩圈，包括第一閥套窗口 6、第二閥套窗口 1，在相鄰的閥套窗口之間的閥套設(shè)有輔助窗口 2，在靠近第一閥套窗口的閥套
端部設(shè)有附加窗口7;所述的附加窗口 7與所述出油口 T連通，所述 第一閥套窗口 6和輔助窗口 2與進出油口 C連通，所述第二閥套窗口 1和與進油口 C連通。
所述的一圈閥套窗口的窗口數(shù)與一個臺肩上的溝槽數(shù)互為約數(shù)，。 所述的一圈閥套窗口的窗口數(shù)與臺肩上的溝槽數(shù)之間差值的絕對值為 一圈闊套窗口的窗口數(shù)和臺肩上的溝槽數(shù)的約數(shù)。 一圈閥套窗口的窗 口數(shù)和一個臺肩上的溝槽數(shù)為大于1的整數(shù)。所述的一圈閥套窗口的 窗口數(shù)比一個臺肩上的溝槽的數(shù)量大。
在閥套的周向均勻開設(shè)所述的輔助窗口和附加窗口。所述的每個 臺肩上的溝槽數(shù)為四個、六個、八個或十六個。
如果一圈閥套窗口的窗口數(shù)能被一個臺肩上的溝槽數(shù)整除，或一 個臺肩上的溝槽數(shù)能被一圈閥套窗口的窗口數(shù)整除，則這種配合形式 稱為全開口型，如圖4、圖5所示。全開口型閥芯每轉(zhuǎn)的通斷次數(shù)即 為閥芯溝槽數(shù)Z(閥套窗口數(shù))。如果閥芯溝槽數(shù)與閥套窗口數(shù)不相等， 則這種配合形式稱為部分開口型，如圖6、圖7所示。部分開口型閥 閥芯每轉(zhuǎn)的通斷次數(shù)等于閥芯溝槽數(shù)Z與"拍數(shù)"的乘積，"拍數(shù)"等 于閥芯溝槽數(shù)與閥芯溝槽數(shù)和閥套窗口數(shù)差之比(閥芯溝槽數(shù)和閥套 窗口數(shù)必須選擇合適的值，從而保證拍數(shù)為整數(shù))。圖7閥芯溝槽為8， 閥套窗口數(shù)為IO，閥芯每轉(zhuǎn)溝通32次。
本實施例的工作過程為當闊芯在轉(zhuǎn)動過程中位于圖2所示的位置 時，P 口和C 口溝通，液壓缸B 口和C 口相連，液壓缸左腔(活塞面 積較小端)恒與高壓油箱連通，右腔(活塞面積較大端)進油，雖然液壓缸兩腔的壓力相等，因活塞兩端存在面積差，油缸活塞向左運動； 當閥芯旋轉(zhuǎn)過W2角度處于圖3所示位置時，C 口和T 口溝通，液壓
缸B 口和C 口相連，液壓缸左腔(活塞面積較小端)恒與高壓油箱連
通，右腔(活塞面積較大端)回油，油缸活塞向右運動。當閥芯在伺 服電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)時，油缸活塞將作周期性的往復(fù)運動產(chǎn)生激振。
在電液激振閥中，臺肩上的溝槽與閥套上窗口構(gòu)成的面積除因閥芯 旋轉(zhuǎn)發(fā)生周期性變化外，其變化的幅度通過閥芯的軸向運動從零(閥 口完全關(guān)閉)到最大實現(xiàn)連續(xù)控制。閥芯的的軸向運動由另一伺服電 機通過偏心機構(gòu)驅(qū)動閥芯實現(xiàn)，通過控制該伺服電機轉(zhuǎn)角的大小從而 改變閥口面積周期性變化的幅度，進而改變液壓缸的振動幅值(輸出 推力)。
權(quán)利要求
1、一種單出桿液壓缸電液激振器，其特征在于所述單出桿液壓缸電液激振器包括2D電液激振閥、單出桿液壓缸和加載對象，所述單出桿液壓缸的缸體內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞一側(cè)與活塞桿固定連接，活塞桿的一端伸出所述單出桿液壓缸的缸體外，所述活塞桿與所述加載對象連接，所述缸體中活塞一側(cè)的內(nèi)腔的油口與高壓油箱連通，所述缸體中活塞另一側(cè)的內(nèi)腔的油口與所述2D電液激振器的進出油口連通；所述2D電液激振閥包括閥體、閥芯和閥套，所述的閥體上開有與高壓油箱連通的進口油、與單出桿液壓缸的缸體相連的進出口油以及與回油油箱相連的出油口；所述的閥套嵌套在閥體的內(nèi)壁，所述的閥芯穿過閥套，所述的閥芯與用于驅(qū)動閥芯旋轉(zhuǎn)的第一伺服電機和驅(qū)動閥芯軸向移動的第二伺服電機連接，所述的閥芯上設(shè)有第一臺肩和第二臺肩，所述第一臺肩和第二臺肩的周向均勻開設(shè)至少兩個溝槽，第一臺肩和第二臺肩上的溝槽相互錯位；所述的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，所述的閥套窗口包括第一閥套窗口、第二閥套窗口，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；所述的附加窗口與所述出油口連通，所述第一閥套窗口和輔助窗口與進出油口連通，所述第二閥套窗口和進油口連通。
2、 如權(quán)利要求1所述的單出桿液壓缸電液激振器，其特征在于所述 的一圈閥套窗口的窗口數(shù)與一個臺肩上的溝槽數(shù)互為約數(shù)， 一圈閥套 窗口的窗口數(shù)和一個臺肩上的溝槽數(shù)為大于1的整數(shù)。
3、 如權(quán)利要求1所述的單出桿液壓缸電液激振器，其特征在于 一圈閥套窗口的窗口數(shù)和一個臺肩上的溝槽數(shù)為大于1的整數(shù)，所述的一 圈閥套窗口的窗口數(shù)與臺肩上的溝槽數(shù)之間差值的絕對值為一圈閥套 窗口的窗口數(shù)和臺肩上的溝槽數(shù)的約數(shù)。
4、 如權(quán)利要求l一3之一所述的單出桿液壓缸電液激振器，其特征在于所述的一圈閥套窗口的窗口數(shù)比一個臺肩上的溝槽數(shù)大。
5、 如權(quán)利要求1一3之一所述的單出桿液壓缸電液激振器，其特征在于在閥套的周向均勻開設(shè)所述的輔助窗口和附加窗口。
6、 如權(quán)利要求1—3之一所述的單出桿液壓缸電液激振器，其特征在于所述的每個臺肩上的溝槽數(shù)為四個、六個、八個或十六個。
全文摘要
一種單出桿液壓缸電液激振器，2D電液激振閥、單出桿液壓缸和加載對象，所述單出桿液壓缸的缸體內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞一側(cè)與活塞桿固定連接，活塞桿的一端伸出所述單出桿液壓缸的缸體外，所述活塞桿與所述加載對象連接，所述缸體中活塞一側(cè)的內(nèi)腔的油口與高壓油箱連通，所述缸體中活塞另一側(cè)的內(nèi)腔的油口與所述2D電液激振器的進出油口連通；所述2D電液激振閥包括閥體、閥芯和閥套，所述的閥體上開有與高壓油箱連通的進口油、與單出桿液壓缸的缸體相連的進出口油以及與回油油箱相連的出油口。本發(fā)明能有效提高激振頻率、減少閥開口面積幅值隨激振頻率的提高的衰減、能量效能高、抗污染性能良好。
文檔編號G01M7/00GK101608965SQ200910100830
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者燕 任, 俞浙青, 彤 刑, 朱發(fā)明, 勝 李, 翔 裴, 賈文昂, 健 阮 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)