CN101718291B - 大流量高频电液激振控制阀驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种大流量高频电液激振控制阀驱动系统，包括大流量高频电液激振阀，所述驱动系统还包括用以驱动阀芯轴向线性滑动的主阀端部液压缸和用以驱动阀芯旋转的变速器，所述主阀端部液压缸包括缸体和驱动活塞，所述驱动活塞固定安装在所述阀芯的端部，所述缸体内以驱动活塞为界，靠近阀芯一侧的缸体为有杆腔，另一侧的缸体为无杆腔，所述有杆腔与高压油箱连通，所述无杆腔通过流量阀与高压油箱连通；所述变速器包括液压马达、主动齿轮、惰轮和从动齿轮；所述变速器包括液压马达和齿轮增速机构；所述液压马达的输出轴与所述齿轮增速机构的输入轴联接，所述齿轮增速机构的输出轴与阀芯联接。本发明能增大流量、提高激振频率、避免出现液压系统过载。

Description

大流量高频电液激振控制阀驱动系统

技术领域

本发明涉及一种大流量高频电液激振控制阀的驱动系统。 

背景技术

激振的方式主要有机械式、电磁式和电液式三种类型。电液激振方式较其他二者具有激振功率大、推力大、易实现多点激振的特点，主要用于重载、大功率场合。 

在工业生产中应用的液压激振器，主要是以液控换向阀或伺服阀控制流体的通断而产生振动，由于性价比及使用场合等因素的限制，在一般的振动机械中难以普及应用。作为液压换向阀或伺服阀的替代品，中国发明专利00102009.9公开了一种低价、高性能的机械阀，其由激波器、壳体、液压缸和拖动装置组成，上述激波器的两个对称槽中间设计一个中隔板将高低压油口阻断，中隔板由伺服电机驱动，即上述激波器转一周输出两个正弦振动波；中国实用新型专利200420038176.8公开了一种用于液压激振器的四位旋阀，包括阀座、中轴和阀芯，上述阀芯开设相互错开45°的十字形导流槽，上述中轴(由伺服电机驱动)带动阀芯旋转，使得进出油口与液压缸连接口规律性通断，上述阀芯每转一周输出四个正弦振动波；中国发明专利200710160253.5和实用新型专利200720194396.3公开了一种电液激振控制阀，利用阀芯的双自由度(旋转与轴向滑动，分别由两个伺服电机驱动)能够比较容易的实现激振器振动频率和幅值的控制，但是， 由于采用伺服电机驱动，存在流量较小、激振频率受限的缺陷。 

为了提高电液激振功率，通常需要加大阀的结构尺寸来增加电液激振系统的流量，此时伺服电机驱动的负载会增加甚至会超负荷，因此液压阀件的常规驱动技术限制了阀结构尺寸的增加。 

发明内容

为了克服已有大流量高频电液激振控制阀通过伺服电机驱动存在的流量小、激振频率受限、容易导致液压系统过载的不足，本发明提供一种增大流量、提高激振频率、避免出现液压系统过载的大流量高频电液激振控制阀驱动系统。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种大流量高频电液激振控制阀驱动系统，包括大流量高频电液激振阀，所述驱动系统还包括用以驱动阀芯轴向线性滑动的主阀端部液压缸和用以驱动阀芯旋转的变速器，所述主阀端部液压缸包括缸体和驱动活塞，所述驱动活塞固定安装在所述阀芯的端部，所述缸体内以驱动活塞为界，靠近阀芯一侧的缸体为有杆腔，另一侧的缸体为无杆腔，所述有杆腔与高压油箱连通，所述无杆腔通过流量阀与高压油箱连通；所述变速器包括液压马达、主动齿轮、惰轮和从动齿轮；所述变速器包括液压马达和齿轮增速机构；所述液压马达的输出轴与所述齿轮增速机构的输入轴联接，所述齿轮增速机构的输出轴与阀芯联接。 

进一步，所述缸体内有杆腔活塞的端面积是无杆腔端面积的一半。 

再进一步，所述主阀端部液压缸还包括位移传感器，所述驱动活塞通过连杆与所述位移传感器连接，所述位移传感器与伺服电机连接， 所述伺服电机连接流量阀，所述流量阀为二位三通流量阀。 

更进一步，所述齿轮增速机构包括主动齿轮、惰轮和从动齿轮；所述液压马达的输出轴与所述主动齿轮的轴联接，所述主动齿轮与所述惰轮啮合，所述惰轮与所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮的轴与阀芯联接。 

所述大流量高频电液激振阀包括阀体、阀套和阀芯，所述阀体上开有与高压油箱连通的主进油口、与液压缸连通的第一进出油口、第二进出油口、与回油油箱连通的第一出油口、第二出油口、第三出油口，所述的阀套窗口有四圈，包括第一阀套窗口和辅助窗口、第二阀套窗口和辅助窗口、第三阀套窗口和辅助窗口和第四阀套窗口和辅助窗口，靠近第一阀套窗口设有一对对称附加窗口，靠近附加窗口设有泄漏油孔，所述第一阀套窗口和辅助窗口与第一进出油口连通，所述第二阀套窗口和辅助窗口与主进油口连通，所述第三阀套窗口和辅助窗口与第二进出油口连通，所述第四阀套窗口和辅助窗口与第一出油口连通，所述附加窗口与第二出油口连通，所述泄漏油孔与第三出油口连通，所述的阀芯上设有五个台肩，包括第一台肩、第二台肩、第三台肩、第四台肩和支撑台肩，前四个台肩周向均匀开设沟槽，相邻台肩上的沟槽相互错位。 

本发明的技术构思为：大流量高频电液激振控制阀采用阀芯双自由度设计而成，即阀芯旋转的同时又可以轴向运动，阀芯由液压马达通过变速器驱动旋转，使得阀芯台肩沟槽(台肩外柱面相邻沟槽的圆心角为θ)与阀套窗口的阀口重叠面积成周期性变化，由于阀芯相邻台肩的沟槽相互错位(错位角度为θ/2)，因而使得进出双出杆液压缸 两腔的流量大小及方向发生相位差为180°的周期性变化，从而驱动液压缸活塞做周期性往复运动；阀口重叠面积除因阀芯旋转发生周期性变化外，其变化的幅值可以通过阀芯的轴向滑动实现连续控制(从阀口完全关闭到最大开启)，改变阀口面积周期性变化的幅值，进而改变液压缸活塞杆输出的振幅和载荷。 

液压马达驱动阀芯旋转：此种驱动方法可以扩展电液激振系统的激振频段，采用大流量高频电液激振控制阀可以将电液激振系统的高频段提高到2000Hz；大流量高频电液激振控制阀结构尺寸大，阀芯旋转时所受到的摩擦力矩和流体阻尼力矩是不容忽视的，采用液压马达驱动阀芯则可以有效克服这些阻力矩，而且能够有效的防止液压系统过载； 

活塞驱动阀芯轴向滑动：大流量高频电液激振控制阀阀口重叠面积决定了电液激振系统的流量，因此也决定了电液激振器的振幅，所述阀口重叠面积由阀口面积梯度和阀口轴向开度决定，所述阀口面积梯度是由阀芯的结构形式(零开口或正开口)决定的，所述的阀口轴向开度是由阀芯的轴向位移决定的，阀芯的轴向运动是由与阀芯固连的液压缸活塞驱动的；位移传感器测量阀芯位移，控制流量阀，从而控制液压缸无杆腔的进(出)流量，实现阀芯轴向开度的精确定位。 

本发明的有益效果主要表现在：增大流量，流量可以达到1000升/分钟，提高激振频率，激振频率可以达到2000Hz；能够有效克服阀芯旋转时所受到的摩擦力矩和流体阻尼力矩，避免出现液压系统过载。 

附图说明

图1是大流量高频电液激振控制阀的基本结构图。 

图2是大流量高频电液激振控制阀结构原理图。 

图3是主阀体端部液压缸结构原理图。 

图4是主阀结构原理图。 

图5是阀体示意图。 

图6是阀套示意图。 

图7是阀芯示意图。 

图8是变速器结构原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

参照图1～图8，一种大流量高频电液激振控制阀驱动系统，包括大流量高频电液激振阀2、用以驱动阀芯轴向线性滑动的主阀端部液压缸1和用以驱动阀芯旋转的变速器3，所述主阀端部液压缸1包括缸体4和驱动活塞5，所述驱动活塞5固定安装在所述阀芯6的端部，所述缸体内以驱动活塞为界，靠近阀芯一侧的缸体为有杆腔，另一侧的缸体为无杆腔，所述有杆腔与高压油箱连通，所述无杆腔通过流量阀7与高压油箱连通；所述变速器3包括液压马达8和齿轮增速机构；所述液压马达的输出轴与所述齿轮增速机构的输入轴联接，所述齿轮增速机构的输出轴与阀芯6联接。 

参照图1，大流量高频电液激振控制阀控制液压缸实现高频激振，调节液压马达8的转速，可以改变阀控缸活塞35激振的频率；通过位移传感器9采集驱动活塞5位移，通过调整伺服电机10的转角可以实现流量阀7控制液压缸4的无杆腔的进出油量，从而控制大流量高频 电液激振控制阀的阀口开度，实现阀控缸活塞35的振幅控制；通过另外一个位移传感器36采集阀控缸活塞35的平均位移，控制并联电液伺服阀，可以对阀控缸活塞35实现任意位移激振的控制。 

参照图2，大流量高频电液激振控制阀由主阀体端部液压缸1、主阀体2和变速器3组成。 

所述主阀端部液压缸(参照图3)，所述阀芯6的驱动活塞4通过细牙螺母紧固在阀芯6的一端，液压缸体的有杆腔活塞的端面积是无杆腔端面积的一半，所述驱动活塞4可以驱动阀芯6实现轴向线性滑动，但不会限制阀芯6周向转动；阀芯6轴向滑动的位移量由位移传感器9测量，所述位移传感器9测量阀芯6的位移，然后通过控制器控制伺服电机10，从而控制流经二位三通流量阀7进出液压缸体的无杆腔液压油的量，液压缸体的有杆腔恒通高压油。 

所述大流量高频电液激振阀2(参照图4)，包括阀体11、阀套12和阀芯6，所述阀体11(参照图5)上开有与高压油箱连通的主进油口20、与液压缸连通的第一进出油口17、第二进出油口16、与回油油箱连通的第一出油口21、第二出油口19、第三出油口18；所述阀套12(参照图6)嵌套于阀体11的内壁，周向均匀开设有与阀芯台肩配合的窗口，所述的阀套窗口有四圈，包括第一阀套窗口和辅助窗口25、第二阀套窗口和辅助窗口24、第三阀套窗口和辅助窗口23和第四阀套窗口和辅助窗口22，靠近第一阀套窗口设有一对对称附加窗口26，靠近附加窗口设有泄漏油孔27；所述第一阀套窗口和辅助窗口25与第一进出油口17连通，所述第二阀套窗口和辅助窗口24与主进油口20连通，所述第三阀套窗口和辅助窗口23与第二进出油口16连通， 所述第四阀套窗口和辅助窗口22与第一出油口21连通，所述附加窗口26与第二出油口19连通，所述泄漏油孔27与第三出油口18连通；所述阀芯6(参照图7)，穿过阀套12，两端分别与用于驱动阀芯旋转的变速器和主阀体端部液压缸连接，所述的阀芯6上设有五个台肩，包括第一台肩28、第二台肩29、第三台肩30、第四台肩31和支撑台肩32，前四个台肩周向均匀开设10个沟槽，相邻台肩上的沟槽相互错位。 

阀芯四个台肩沟槽数各为10，每个沟槽外圆柱面开口所对应的圆心角为9°(正开口时为11°)，阀套四圈窗口和辅助窗口数各为10，所述阀套每个窗口内圆柱面所对应圆心角为9°。 

所述变速器(参照图8)，包括：液压马达8，第一套筒13，主动齿轮14，惰轮15，从动齿轮及轴33，第二套筒34，通过第一套筒13可以实现主动齿轮14与液压马达8的连接，通过第二套筒34可以实现从动齿轮与轴33与阀芯6的连接。 

综上所述，对于大流量高频电液激振控制阀控制的电液激振器而言，通过调整液压马达的转速或变速器的转速比即可较容易的获得较高的激振频率；调整二位一通流量阀的流量状态，即改变主阀体液压缸无杆腔内流体进出状态、进出量，即可较容易的改变本阀控制的电液激振器的振动幅值(或输出载荷)。 

Claims (6)

1.一种大流量高频电液激振控制阀驱动系统，包括大流量高频电液激振阀，其特征在于：所述驱动系统还包括用以驱动阀芯轴向线性滑动的主阀端部液压缸和用以驱动阀芯旋转的变速器，所述主阀端部液压缸包括缸体和驱动活塞，所述驱动活塞固定安装在所述阀芯的端部，所述缸体内以驱动活塞为界，靠近阀芯一侧的缸体为有杆腔，另一侧的缸体为无杆腔，所述有杆腔与高压油箱连通，所述无杆腔通过流量阀与高压油箱连通；所述变速器包括液压马达和齿轮增速机构；所述液压马达的输出轴与所述齿轮增速机构的输入轴联接，所述齿轮增速机构的输出轴与阀芯联接，大流量高频电液激振控制阀控制阀控缸实现高频激振，通过调节液压马达的转速改变阀控缸活塞激振的频率。

2.如权利要求1所述的大流量高频电液激振控制阀驱动系统，其特征在于：所述缸体内有杆腔活塞的端面积是无杆腔端面积的一半。

3.如权利要求1或2所述的大流量高频电液激振控制阀驱动系统，其特征在于：所述主阀端部液压缸还包括位移传感器，所述驱动活塞通过连杆与所述位移传感器连接，所述位移传感器与伺服电机连接，所述伺服电机连接流量阀，所述流量阀为二位三通流量阀；通过位移传感器采集驱动活塞的位移，通过调整伺服电机的转角实现流量阀控制液压缸的无杆腔的进出油量，从而控制大流量高频电液激振控制阀的阀口开度，实现阀控缸活塞的振幅控制；通过另外一个位移传感器采集阀控缸活塞的平均位移，控制并联电液伺服阀，可以对阀控缸活塞实现任意位移激振的控制。

4.如权利要求1或2所述的大流量高频电液激振控制阀驱动系统，其特征在于：所述齿轮增速机构包括主动齿轮、惰轮和从动齿轮；所述液压马达的输出轴与所述主动齿轮的轴联接，所述主动齿轮与所述惰轮啮合，所述惰轮与所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮的轴与阀芯联接。

5.如权利要求3所述的大流量高频电液激振控制阀驱动系统，其特征在于：所述齿轮增速机构包括主动齿轮、惰轮和从动齿轮；所述液压马达的输出轴与所述主动齿轮的轴联接，所述主动齿轮与所述惰轮啮合，所述惰轮与所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮的轴与阀芯联接。

6.如权利要求1或2所述的大流量高频电液激振控制阀驱动系统，其特征在于：所述大流量高频电液激振阀包括阀体、阀套和阀芯，所述阀体上开有与高压油箱连通的主进油口、与液压缸连通的第一进出油口、第二进出油口、与回油油箱连通的第一出油口、第二出油口、第三出油口，所述的阀套窗口有四圈，包括第一阀套窗口和辅助窗口、第二阀套窗口和辅助窗口、第三阀套窗口和辅助窗口和第四阀套窗口和辅助窗口，靠近第一阀套窗口设有一对对称附加窗口，靠近附加窗口设有泄漏油孔，所述第一阀套窗口和辅助窗口与第一进出油口连通，所述第二阀套窗口和辅助窗口与主进油口连通，所述第三阀套窗口和辅助窗口与第二进出油口连通，所述第四阀套窗口和辅助窗口与第一出油口连通，所述附加窗口与第二出油口连通，所述泄漏油孔与第三出油口连通，所述的阀芯上设有五个台肩，包括第一台肩、第二台肩、第三台肩、第四台肩和支撑台肩，前四个台肩周向均匀开设沟槽，相邻台肩上的沟槽相互错位。

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