CN101858373B

CN101858373B - 高频电液颤振发生器

Info

Publication number: CN101858373B
Application number: CN 201010196887
Authority: CN
Inventors: 邢彤; 阮健
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: CN101858373A

Abstract

一种高频电液颤振发生器，包括交流阀和颤振缸，所述颤振缸包括缸体，所述缸体侧壁开有一个进出油孔，所述缸体一端安装固定端盖，缸体的另一端安装与负载连接的弹性端盖，所述交流阀包括阀体、阀套、阀芯及驱动阀芯转动的转动动力机构和驱动阀芯滑动的滑动动力机构；阀体上设有一个进油口、一个出油口和一个回油口，所述出油口与所述进出油孔连通，所述进油口和回油口与液压油源连通；所述阀体内开有供阀芯插入的阀腔，所述阀芯外套装阀套，阀芯上有4个台肩，两个台肩上的槽口相互错位；阀套沿轴向开4组窗口，相邻窗口之间的间距与内侧两个台肩之间的间距相等。本发明提供一种能适用于大激振力、高频微幅的场合、体积小的高频电液颤振发生器。

Description

高频电液颤振发生器

技术领域

本发明涉及一种高频电液颤振发生器。

背景技术

目前主要有三种类型的振动装备，性能特点如下：①机械式，主要分为离心式和直接作用式两类。离心式机械振动装置的频率范围一般为5～100Hz，负载为50～10000N；直接作用式机械振动装置的频率范围为1～200Hz，可得到很大的推力和较大的振幅。这类振动装置结构简单、成本低，但上限频率较低，广泛应用于各种低频振动场合。②电磁式，能产生复杂的振动波形，具有波形失真度较小、工作频率范围大等优点，由于受到固有磁饱和的限制，不易获得大激振力，此外，设备结构复杂、振动位移有限并需要辅助冷却装置，因此，主要应用于振动试验台。小型电磁式振动台的频率范围为0～10kHz，大型电磁式振动台频率范围为0～2kHz，主要应用于航空、航天及国防等领域。③液压式，广泛地应用于振动打桩、振动锻造、振动造型、振动剪切、振动压实、振动输送、振动筛、农业机械和振动试验台等。上述3类振动装备中，液压式推力最大。

工程中对于大激振力、高频微幅(振幅从2μm到100μm，频率从数Hz到数kHz)且小体积振动器的需求越来越迫切；但是，现有的电磁振动设备在高频振动时输出的激振力小已经不能满足工程中更高要求。

发明内容

为了克服已有的振动装备不能适用于同时需要大激振力、高频微幅的场合的不足，本发明提供一种能适用于大激振力、高频微幅的场合、体积小的高频电液颤振发生器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高频电液颤振发生器，包括交流阀和颤振缸，所述颤振缸包括缸体，所述缸体侧壁开有一个进出油孔，所述缸体一端安装固定端盖，缸体的另一端安装与负载连接的弹性端盖，所述交流阀包括阀体、阀套、阀芯及驱动阀芯转动的转动动力机构和驱动阀芯滑动的滑动动力机构；所述阀体上设有一个进油口、一个出油口和一个回油口，所述出油口与所述进出油孔连通，所述进油口和回油口与液压油源连通；所述阀体内开有供阀芯插入的阀腔，所述阀芯外套装阀套，阀芯上有4个台肩，其中外侧两个台肩为支承台肩，内侧两个台肩在周向分别均匀加工Z₁个槽口，Z₁为偶数，且n≥4，两个台肩上的槽口相互错位；阀套沿轴向开4组窗口，相邻窗口之间的间距与内侧两个台肩之间的间距相等，中间1组窗口沿周向均匀开设Z₂个T型窗口，Z₂为偶数，Z₂＝Z₁+2个，外侧3组沿周向均匀开设Z₂个矩形窗口，从径向截面方向来看，各组窗口的位置一致。

作为优选的颤振缸另一种方案：所述颤振缸还包括活动端盖和调节杆，所述活动端盖与所述缸体的侧壁密封连接，所述活动端盖与调节杆的一端固定连接，所述调节杆穿过所述固定端盖，所述调节杆与定位件连接。

进一步，所述调节杆为螺杆，所述定位件为锁紧螺母。当然，也可以选用其他调节杆和定位件的方式。

作为优选的另一种方案：所述阀套材料选用铜基轴承合金，阀套沿轴向开4个槽口，两两相邻的槽口之间圆弧过渡，在阀芯支承台肩处形成动压滑动润滑，阀芯的阀口台肩上有均压槽。

作为优选的再一种方案：阀芯与阀套槽口径向夹角165°＜θ＜180°。

作为优选的交流阀另一种方案：在阀芯槽口的闭合边上开三角槽。

本发明的技术构思为：由液压油源、交流阀和颤振缸组成。颤振缸为单作用无活塞液压缸，结构特点是：左侧活动端能够改变液压缸的工作容积，从而调节液压固有频率；右侧弹性端输出振动。交流阀为三通型轴配流转动换向阀，结构特点是：阀芯转动时，两个台肩与阀套在径向相应位置形成的阀口交替开闭，控制油液输出交流液流，结构上的多处创新设计使交流阀在高频换向时工作稳定并且噪声小，满足了颤振器高频振动的要求。

工作时，当阀芯转动至图1所示的位置时，压力油从P口进入，此时一对阀套窗口和阀芯槽口形成的阀口开启，油液进入阀内部再经阀套窗口从A口流出，即P-A通，压力油进入颤振缸，液压缸弹性端变形突出；当阀芯转动至图2所示位置时，P口处阀套窗口和阀芯槽口形成的阀口关闭，A口处阀套窗口和阀芯槽口形成的阀口开启，T-A通，颤振缸接回油路，液压缸弹性端回复；随着阀芯的连续转动，阀口A与阀口P和T交替导通，阀芯每转可使交流阀换向12次，液压缸弹性端产生颤振。

本发明的有益效果主要表现在：①振动频率高。常规的液压振动是通过液压缸活塞往复运动产生振动，由于活塞具有一定的质量再加上载荷，频率高时加速度大，惯性力和阻尼力都很大，需要极大的回复力来克服惯性力进行振动，因此，实现高频振动难度非常大。而这种电液颤振器是高频交流液流直接作用在弹性刚度较大的液压缸盖上，使弹性端盖产生振动，仅需部分克服负载的惯性力(负载垂直安装)且没有阻尼力，再借助弹性元件很大的弹性回复力，能实现很高的振动频率，振动频率主要取决于交流液流的脉动频率。在交流阀的部分结构的创新设计可使阀芯在高转速下具有很高的旋转精度，保证了交流阀平稳地输出高频交流液流。

②功率密度大。这是液压技术的突出优点，除于油源外，这种电液颤振器由颤振缸和交流阀组成，体积很小，但能输出较大的功率，比同体积的电磁振动器的功率高很多。

③微幅振动。弹性元件的应变特性决定了这种电液颤振器具有微幅振动的特点。

④节能。颤振缸设计成容积可调节结构，能够改变液压固有频率，当颤振缸发生谐振时，仅需较小的功率就可以实现较大的振幅。

⑤价格低。除交流阀外其它元件的性能要求都不高，因此，电液颤振器系统与其它振动装备相比有价格优势。

附图说明

图1是高频电液颤振发生器的进油状态的示意图。

图2是高频电液颤振发生器的回油状态的示意图。

图3是图2的A-A截面图。

图4是图2的B-B截面图。

图5是图2的Ⅰ处结构展开图。

图6是图2的Ⅰ处阀套的截面图。

图7是图2的Ⅱ处阀口结构图。

图8是图2的Ⅱ处阀心与阀套的截面图。

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8，一种高频电液颤振发生器，包括交流阀1、颤振缸2，所述颤振缸2包括缸体，所述缸体侧壁开有一个进出油孔3，所述缸体一端安装固定端盖4，缸体的另一端安装与负载连接的弹性端盖5，所述交流阀1包括阀体9、阀套10、阀芯11及驱动阀芯转动的转动动力机构和驱动阀芯滑动的滑动动力机构；所述阀体9上设有一个进油口P、一个出油口A和一个回油口T，所述出油口A与所述进出油孔3连通，所述进油口A和回油口T与液压油源连通；所述阀体9内开有供阀芯11插入的阀腔，所述阀芯11外套装阀套10，阀芯11上有4个台肩，其中外侧两个台肩为支承台肩，内侧两个台肩在周向分别均匀加工Z₁个槽口，Z₁为偶数，且n≥4，两个台肩上的槽口相互错位；阀套10沿轴向开4组窗口，相邻窗口之间的间距与内侧两个台肩之间的间距相等，中间1组窗口沿周向均匀开设Z₂个T型窗口，Z₂为偶数，Z₂＝Z₁+2个，外侧3组沿周向均匀开设Z₂个矩形窗口，从径向截面方向来看，各组窗口的位置一致。

所述颤振缸还包括活动端盖6和调节杆7，所述活动端盖6与所述缸体的侧壁密封连接，所述活动端盖6与调节杆7的一端固定连接，所述调节杆7穿过所述固定端盖4，所述调节杆7与定位件8连接。

所述调节杆7为螺杆，所述定位件8为锁紧螺母。当然，也可以选用其他调节杆和定位件的方式。

所述阀套10材料选用铜基轴承合金，阀套10沿轴向开4个槽口，两两相邻的槽口之间圆弧过渡，在阀芯支承台肩处形成动压滑动润滑，阀芯的阀口台肩上有均压槽。

阀芯与阀套槽口径向夹角165°＜θ＜180°。在全部阀芯槽口的闭合边上开三角槽。

电液颤振器的工作频率f等于交流阀的阀芯转速n与阀芯槽口和阀套窗口之间的每转通断次数m的乘积，m＝Z₁·Z₂/(Z₂-Z₁)。

如图1、图2所示为电液颤振器原理图，系统由液压油源、交流阀1和颤振缸2组成。颤振缸2为单作用无活塞液压缸，结构特点是：左侧活动端能够改变液压缸的工作容积，从而调节液压固有频率；右侧弹性端输出振动。交流阀1为三通型轴配流转动换向阀，结构特点是：阀芯两个台肩与阀套在轴向相应位置沿周向均匀开设槽口，阀芯槽口与阀套窗口的配合关系如图3、图4所示，阀芯两台肩上的槽口相互错位，阀芯槽口数为4，阀套窗口数为6，阀芯每转可使交流阀换向12次。

工作时，交流阀1的阀芯连续转动，当阀芯转动至图1所示的位置时，P-A通，压力油进入颤振缸，液压缸弹性端变形突出；当阀芯转动至图2所示位置时，T-A通，颤振缸接回油路，液压缸弹性端回复；阀口A与阀口P和T交替导通，液压缸弹性端产生颤振。由于阀口的通流面积大小与阀芯和阀套沟通槽口的轴向重合度成正比，可通过控制阀芯的轴向位移调节振幅。电液颤振器的工作频率f等于交流阀的阀芯转速n与阀芯槽口和阀套窗口之间的每转通断次数m的乘积。若阀芯槽口数Z₁与阀套窗口数Z₂相等，阀芯转过一定角度后，阀口全部打开，为全开口型，阀芯每转的通断次数即为阀芯槽口数Z₁，通流面积为全部阀口面积之和，因此，可以通过较大的流量，颤振器振幅相对较大。为使全开口型交流阀提高工作频率，需要在阀芯上开大量槽口，阀芯结构比较复杂，直径较大，加工难度也增加。如果阀芯槽口数与阀套窗口数不相等，阀芯转过一定角度后，部分阀口打开，为部分开口型，每转的通断次数。部分开口型的通流面积比全开口型要小，但通过增大槽口宽度能够满足颤振器的振幅要求。由于交流阀的阀芯转动惯量小，又处于很好润滑状态中，长时间高转速工作也是可靠的，工程上实现电液颤振器高频振动的技术难度较小。

参照图5～图8，图5所示阀套处有矩形润滑油槽和注油孔，图6所示全截面共有间隔90°均匀分布的4个矩形润滑油槽和均匀分布的8个注油孔，矩形润滑油槽间通过圆弧过渡，并形成一定的贮油空间。故，在阀芯支承台肩处形成动压滑动润滑，提高阀芯的临界涡动转速，从而使阀芯在很大的转速范围内都能高精度旋转。当阀高速转动时，阀芯与阀套间的环状油膜厚度是不均匀的，一对阀口开启时产生的径向液动力是不相等的，不平衡的径向液动力作为外部激励作用在阀芯上，使阀芯的临界涡动转速降低。为此，若使阀芯与阀套槽口径向夹角165°＜θ＜180°，如图8中阀心与阀套的截面图，使油液进入阀腔时有一定动量的切向分量，从而减小阀口处的径向液动力。交流阀口的开启和闭合的瞬间有非常大的压力突变，是产生气穴的重要原因，而闭合时气穴的规模最大，如图7中阀口所示，这里假设阀心逆时针转动，当阀心槽口的右侧边转过阀套窗口时，阀口即被关闭。为此，在阀芯槽口的闭合边上开三角槽，使阀口关闭瞬间仍有三角槽处可以流通，从而可以减小阀口的压力变化程度。

Claims

1.一种高频电液颤振发生器，其特征在于：包括交流阀和颤振缸，所述颤振缸包括缸体，所述缸体侧壁开有一个进出油孔，所述缸体一端安装固定端盖，缸体的另一端安装与负载连接的弹性端盖，所述交流阀包括阀体、阀套、阀芯及驱动阀芯转动的转动动力机构和驱动阀芯滑动的滑动动力机构；所述阀体上设有一个进油口、一个出油口和一个回油口，所述出油口与所述进出油孔连通，所述进油口和回油口分别与液压油源连通；所述阀体内开有供阀芯插入的阀腔，所述阀芯外套装阀套，阀芯上有4个台肩，其中外侧两个台肩为支承台肩，内侧两个台肩在周向分别均匀加工Z₁个槽口，Z₁为偶数，且Z₁≥4，两个台肩上的槽口相互错位；阀套沿轴向开4组窗口，相邻窗口之间的间距与内侧两个台肩之间的间距相等，中间1组窗口沿周向均匀开设Z₂个T型窗口， Z₂为偶数，Z₂= Z₁+2个，外侧3组沿周向均匀开设Z₂个矩形窗口，从径向截面方向来看，各组窗口的位置一致。

2.如权利要求1所述的高频电液颤振发生器，其特征在于：所述颤振缸还包括活动端盖和调节杆，所述活动端盖与所述缸体的侧壁密封连接，所述活动端盖与调节杆的一端固定连接，所述调节杆穿过所述固定端盖，所述调节杆与定位件连接。

3.如权利要求2所述的高频电液颤振发生器，其特征在于：所述调节杆为螺杆，所述定位件为锁紧螺母。

4.如权利要求1~3之一所述的高频电液颤振发生器，其特征在于：所述阀套材料选用铜基轴承合金，在阀套上支承台肩对应处周向设置4个槽口和注油孔，两两相邻的槽口之间圆弧过渡，并形成一定的贮油空间，在阀芯支承台肩处形成动压滑动润滑，阀芯的阀口台肩上有均压槽。

5.如权利要求4所述的高频电液颤振发生器，其特征在于：阀芯与阀套槽口径向夹角165°＜θ＜180°。

6.权利要求4所述的高频电液颤振发生器，其特征在于：在阀芯槽口的闭合边上开三角槽。