CN102261359B - 用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统。其技术方案是：油泵(11)的压油口通过第一单向阀(8)和第一过滤器(7)与伺服阀(4)的P口和第一电磁换向阀(6)的P口分别相通；伺服阀(4)的A口和B口分别与双级伺服液压缸(2)的动压腔(38)二个工作油口(26、29)对应相通；第一电磁换向阀(6)的A口与第二单向阀(5)进油口相通，第二单向阀(5)出油口与双级伺服液压缸(2)的静压腔(45)的第二工作油口(24)、电磁球阀(16)的A口和蓄能器(3)分别相通。双级伺服液压缸(2)的工作端与激振圆盘(17)联接，双级伺服液压缸(2)的右端盖(30)与测试用液压挖掘机联接。本发明动态响应好、液压系统流量小、模拟效果好和同时满足高振动频率和高激振力要求。

Description

用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统

技术领域

本发明属于伺服控制液压激振系统。尤其涉及一种用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统。

背景技术

高速铁路(以下简称“高铁”)是我国铁路建设的主要发展方向，而轨道路基动力响应试验技术的不足已经严重制约了高速铁路路基的研究发展。目前在国内外研究列车经过时的静载荷和产生的动载荷对轨道路基的影响时，多采用机械式惯性激振系统或电液式激振系统，由于路基材质不同，其固有频率等物理力学特性也不同，要求受控激振装置的激振频率为1～40Hz，激振振幅0.4～20mm，激振力在100～300kN，且多种激振波形可调。

机械式惯性激振系统采用一对偏心圆盘，通过偏心圆盘旋转产生激振力驱动振动台台面做周期性简谐振动，其参振质量大，起振和停振困难，虽可达到较高频率，但难以同时满足高振频和高激振力的要求，且激振波形仅为正弦波。

液压激振系统分为泵控马达激振系统或阀控缸激振系统。泵控马达激振系统是由变量液压泵带动液压马达旋转，液压马达带动偏心块旋转，从根本上讲还是惯性激振；阀控油缸激振系统是通过换向阀控制油缸实现激振，它在重载下能启振，能够输出多种波形，但动态响应差、液压系统流量大，很难同时满足高振动频率和高激振力的要求。

由此可知，当前的激振系统难以满足高铁轨道路基测试的要求。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种系统动态响应好、液压系统流量小、模拟效果好和能同时满足高振动频率和高激振力要求的用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：油泵与电机同轴联接，油泵吸油口通过油管与油箱相通，油泵的压油口通过油管与溢流阀的进油口和第一单向阀的进油口分别相通，溢流阀的出油口通过油管与油箱相通，溢流阀的控制口与第二电磁换向阀的A口相通，第二电磁换向阀的T口通过油管与油箱相通，第二电磁换向阀的P口堵死。第一单向阀的出油口通过油管与第一过滤器的进油口相通，第一过滤器的出油口通过油管与伺服阀的P口和第一电磁换向阀的P口分别相通。

伺服阀的A口和B口分别通过油管和伺服阀座与双级伺服液压缸的动压腔的第三工作油口和第四工作油口对应相通，伺服阀的T口通过油管与冷却器的进油口相通，冷却器的出油口通过第二过滤器与回油箱相通。

第一电磁换向阀的T口堵死，第一电磁换向阀的A口通过油管与第二单向阀的进油口相通，第二单向阀的出油口通过油管和伺服阀座与双级伺服液压缸的静压腔的第二工作油口相通，双级伺服液压缸的静压腔的第一工作油口通过伺服阀座和油管与冷却器的进油口相通。电磁球阀的A口和蓄能器分别通过油管与第二单向阀的出油口相通。电磁球阀的T口与冷却器的进油口相通，电磁球阀的P口堵死。

双级伺服液压缸的动压活塞杆的工作端通过弹簧与激振圆盘联接，双级伺服液压缸的静压活塞杆的工作端与激振圆盘固定联接，双级伺服液压缸的右端盖通过联接板与液压挖掘机的斗杆通孔和连杆通孔联接。测试时，激振圆盘通过双级伺服液压缸的静压缸施加恒定静载荷压紧在待测高铁轨道路基上。

双级伺服液压缸由静压缸和动压缸组成。静压缸和动压缸的缸体为一整体，缸体的前半部分为静压缸，缸体的后半部分为动压缸，静压缸和动压缸之间设有缸体隔断墙。

静压缸包括左端盖、静压活塞和静压活塞杆。静压活塞杆为空心圆柱体，静压活塞杆同中心地安装在静压缸的静压腔内，静压活塞杆的工作端穿过左端盖，静压活塞安装在静压活塞杆上，静压活塞的一侧紧贴静压活塞杆的轴肩，静压活塞另一侧的静压活塞杆上装有弹簧垫圈和螺母。动压缸包括右端盖、动压活塞和动压活塞杆，动压活塞杆同中心地安装在动压缸的动压腔内，动压活塞安装在动压活塞杆上，动压活塞的一侧紧贴动压活塞杆的轴肩，动压活塞另一侧的动压活塞杆上装有弹簧垫圈和螺母。动压活塞杆的工作端穿过缸体隔断墙中心的通孔和静压活塞杆的中心通孔，动压活塞杆工作端密封槽内装有第九密封圈。动压活塞杆的末端穿过右端盖，安装罩安装在右端盖的中心位置处。位移传感器的一端固定在安装罩上，位移传感器的另一端置入动压活塞杆末端的孔内。

静压缸的缸体上分别设有与静压腔两侧相通的第一工作油口和第二工作油口，动压缸的缸体上分别设有与动压腔两侧相通的第三工作油口和第四工作油口。在缸体隔断墙中心通孔的内壁开有第三泄漏油环形槽，缸体隔断墙的中间位置处设有与第三泄漏油环形槽相通的泄漏油口。第一工作油口、第二工作油口、第三工作油口、第四工作油口和泄漏油口分别与伺服阀座对应的阀口相通。

左端盖的通孔内壁设有第一泄漏油环形槽，第一泄漏油环形槽通过左端盖上的第一泄漏油通道和静压缸的缸体上的第二泄漏油通道与第三泄漏油环形槽相通。在第一泄漏油环形槽对应的静压活塞杆的内壁处设有第二泄漏油环形槽，第二泄漏油环形槽通过第三泄漏油通道与第一泄漏油环形槽相通。

第一泄漏油环形槽的宽度为静压活塞行程的1.3～2倍。

所述的动压活塞的外壁开有3～5个第一平衡槽，在动压活塞杆和缸体隔断墙的中心通孔接触部分的动压活塞杆上开有4～6个第二平衡槽。

所述的油管为本技术方案中连接两个液压元件的互不相同的液压管道。

所述的动压活塞和缸体之间采用间隙密封，动压活塞杆和缸体隔断墙内壁之间采用间隙密封，动压活塞杆和静压活塞杆之间采用间隙密封。

所述的联接板的结构是：联接板的底板的中心设有安装孔，安装孔的直径大于安装罩的直径，底板均匀地设有四个螺栓孔，底板的两边设有两条筋板，每条筋板均开有两个联接孔，联接孔的孔径和联接孔间的距离与液压挖掘机的斗杆通孔和连杆通孔的尺寸相匹配。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：

1、本发明采用的液压缸为双级伺服液压缸，此种液压缸动态响应高，能够输出在一较大恒力附近按一定规律变化的高振频、高激振力。

2、双级伺服液压缸的静压腔的压力通过蓄能器保持恒压，模拟列车经过高铁轨道的静载荷，通过比例溢流阀和伺服阀动态调定双级伺服液压缸的动压腔的压力，模拟列车经过高铁轨道时所产生的动载荷，通过调节双级伺服液压缸的动压腔的压力变化波形，实现了多种激振波形的输出，使模拟激振效果接近实际情况，且双级伺服液压缸的动压缸的动负载较小，动态特性好，激振频率高。

3、双级伺服液压缸的静压腔的压力通过蓄能器保持恒压，蓄能器在系统工作之前利用油泵通过第一电磁换向阀充油，工作时，油泵不给蓄能器供油，仅给活塞面积较小的动压缸供油，这样可以减少系统工作时的工作流量，达到节能的效果。

因此，本发明具有系统动态响应好、液压系统流量小、模拟效果好和同时满足高振动频率和高激振力要求的用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是图1中双级伺服液压缸(2)的一种结构示意图；

图3是图1中联接板(1)的一种结构示意图；

图4是图3的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

一种用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统。该系统如图1所示：油泵11与电机12同轴联接，油泵11的吸油口通过油管与油箱15相通，油泵11的压油口通过油管与溢流阀10的进油口和第一单向阀8的进油口分别相通，溢流阀10的出油口通过油管与油箱15相通，溢流阀10的控制口与第二电磁换向阀9的A口相通，第二电磁换向阀9的T口通过油管与油箱15相通，第二电磁换向阀9的P口堵死。第一单向阀8的出油口通过油管与第一过滤器7的进油口相通，第一过滤器7的出油口通过油管与伺服阀4的P口和第一电磁换向阀6的P口分别相通。

如图1和图2所示：伺服阀4的A口和B口分别通过油管和伺服阀座22与双级伺服液压缸2的动压腔38的第三工作油口26和第四工作油口29对应相通，伺服阀4的T口通过油管与冷却器14的进油口相通，冷却器14的出油口通过第二过滤器13与回油箱15相通。

第一电磁换向阀6的T口堵死，第一电磁换向阀6的A口通过油管与第二单向阀5的进油口相通，第二单向阀5的出油口通过油管和伺服阀座22与双级伺服液压缸2的静压腔45的第二工作油口24相通，双级伺服液压缸2的静压腔45的第一工作油口21通过伺服阀座22和油管与冷却器14的进油口相通。电磁球阀16的A口和蓄能器3分别通过油管与第二单向阀5的出油口相通。电磁球阀16的T口与冷却器14的进油口相通，电磁球阀16的P口堵死。

双级伺服液压缸2的动压活塞杆52的工作端通过弹簧18与激振圆盘17联接，双级伺服液压缸2的静压活塞杆51的工作端与激振圆盘17固定联接，双级伺服液压缸2的右端盖通过联接板1分别与液压挖掘机的斗杆通孔和连杆通孔联接。测试时，激振圆盘17通过双级伺服液压缸2的静压缸施加恒定静载荷压紧在待测高铁轨道路基上。

双级伺服液压缸2由静压缸和动压缸组成。静压缸和动压缸的缸体20为一整体，缸体20的前半部分为静压缸，缸体20的后半部分为动压缸，静压缸和动压缸之间设有缸体隔断墙。

静压缸包括左端盖19、静压活塞23和静压活塞杆51。静压活塞杆51为空心圆柱体，静压活塞杆51同中心地安装在静压缸的静压腔45内，静压活塞杆51的工作端穿过左端盖19，静压活塞23安装在静压活塞杆51上，静压活塞23的一侧紧贴静压活塞杆51的轴肩，静压活塞23另一侧的静压活塞杆51上装有弹簧垫圈43和螺母44。动压缸包括右端盖30、动压活塞27和动压活塞杆52，动压活塞杆52同中心地安装在动压缸的动压腔38内，动压活塞27安装在动压活塞杆52上，动压活塞27的一侧紧贴动压活塞杆52的轴肩，动压活塞27另一侧的动压活塞杆52上装有弹簧垫圈36和螺母35。动压活塞杆52的工作端穿过缸体隔断墙中心的通孔和静压活塞杆51的中心通孔，动压活塞杆52工作端密封槽内装有第九密封圈53。动压活塞杆52的末端穿过右端盖30，安装罩33安装在右端盖30的中心位置处。位移传感器34的一端固定在安装罩33上，位移传感器34的另一端置入动压活塞杆52末端的孔内。

静压缸的缸体20上分别设有与静压腔45两侧相通的第一工作油口21和第二工作油口24，动压缸的缸体20上分别设有与动压腔38两侧相通的第三工作油口26和第四工作油口29。在缸体隔断墙中心通孔的内壁开有第三泄漏油环形槽39，缸体隔断墙的中间位置处设有与第三泄漏油环形槽39相通的泄漏油口25。第一工作油口21、第二工作油口24、第三工作油口26、第四工作油口29和泄漏油口25分别与伺服阀座22对应的阀口相通。

左端盖19的通孔内壁设有第一泄漏油环形槽50，第一泄漏油环形槽50通过左端盖19上的第一泄漏油通道49和静压缸的缸体20上的第二泄漏油通道47与第三泄漏油环形槽39相通。在第一泄漏油环形槽50对应的静压活塞杆51的内壁处设有第二泄漏油环形槽54，第二泄漏油环形槽54通过第三泄漏油通道56与第一泄漏油环形槽50相通。

第一泄漏油环形槽50的宽度为静压活塞23行程的1.3～2倍。

本实施例中：动压活塞27和缸体20之间采用间隙密封，动压活塞杆52和缸体隔断墙内壁之间采用间隙密封，动压活塞杆52和静压活塞杆51之间采用间隙密封；动压活塞27的外壁开有3～5个第一平衡槽28，在动压活塞杆52和缸体隔断墙的中心通孔接触部分的动压活塞杆52上开有4～6个第二平衡槽40。

左端盖19的环状凸台外壁的密封槽装有第六密封圈46；在左端盖19端面的第一泄漏油通道49的密封孔内装有第八密封圈48，该密封孔的直径大于或等于第八密封圈48的外径，第八密封圈48的内径大于或等于第一泄漏油通道49的直径；左端盖19内孔壁上的第一泄漏油环形槽50两侧的密封槽内分别装有第七密封圈55。

静压活塞23外壁的两个密封槽内分别装有第五密封圈41，静压活塞23内孔壁的密封槽内装有第四密封圈42。动压活塞27内孔壁的密封槽内装有第三密封圈37。右端盖30的环状凸台外壁的密封槽内装有第一密封圈31；右端盖30内孔壁的两个密封槽内分别装有第二密封圈32。

所述的油管为本技术方案中连接两个液压元件的互不相同的液压管道。

所述的联接板1的结构如图3和图4所示：联接板1的底板60的中心设有安装孔57，安装孔57的直径大于安装罩33的直径，底板60均匀地设有四个螺栓孔61，底板60的两边设有两条筋板59，每条筋板59均开有两个联接孔58，联接孔58的孔径和联接孔58间的距离与液压挖掘机的斗杆通孔和连杆通孔的尺寸相匹配。

本具体实施方式的积极效果是：

1、本发明采用的液压缸为双级伺服液压缸2，此种液压缸动态响应高，能够输出在一较大恒力附近按一定规律变化的高振频、高激振力。

2、双级伺服液压缸2的静压腔45的压力通过蓄能器3保持恒压，模拟列车经过高铁轨道的静载荷，通过比例溢流阀10和伺服阀4动态调定双级伺服液压缸2的动压腔38的压力，模拟列车经过高铁轨道时所产生的动载荷，通过调节双级伺服液压缸2的动压腔38的压力变化波形，实现了多种激振波形的输出，使模拟激振效果接近实际情况，且双级伺服液压缸2的动压缸的动负载较小，动态特性好，激振频率高。

3、双级伺服液压缸2的静压腔45的压力通过蓄能器3保持恒压，蓄能器3在系统工作之前利用油泵11通过第一电磁换向阀6充油，工作时，油泵11不给蓄能器3供油，仅给活塞面积较小的动压缸供油，这样可以减少系统工作时的工作流量，达到节能的效果。

因此，本发明具有系统动态响应好、液压系统流量小、模拟效果好和同时满足高振动频率和高激振力要求的用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统。

Claims (4)

1.一种用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统，其特征在于油泵(11)与电机(12)同轴联接，油泵(11)的吸油口通过油管与油箱(15)相通，油泵(11)的压油口通过油管与溢流阀(10)的进油口和第一单向阀(8)的进油口分别相通，溢流阀(10)的出油口通过油管与油箱(15)相通，溢流阀(10)的控制口与第二电磁换向阀(9)的A口相通，第二电磁换向阀(9)的T口通过油管与油箱(15)相通，第二电磁换向阀(9)的P口堵死；第一单向阀(8)的出油口通过油管与第一过滤器(7)的进油口相通，第一过滤器(7)的出油口通过油管与伺服阀(4)的P口和第一电磁换向阀(6)的P口分别相通；

伺服阀(4)的A口和B口分别通过油管和伺服阀座(22)与双级伺服液压缸(2)的动压腔(38)的第三工作油口(26)和第四工作油口(29)对应相通，伺服阀(4)的T口通过油管与冷却器(14)的进油口相通，冷却器(14)的出油口通过第二过滤器(13)与回油箱(15)相通；

第一电磁换向阀(6)的T口堵死，第一电磁换向阀(6)的A口通过油管与第二单向阀(5)的进油口相通，第二单向阀(5)的出油口通过油管和伺服阀座(22)与双级伺服液压缸(2)的静压腔(45)的第二工作油口(24)相通，双级伺服液压缸(2)的静压腔(45)的第一工作油口(21)通过伺服阀座(22)和油管与冷却器(14)的进油口相通；电磁球阀(16)的A口和蓄能器(3)分别通过油管与第二单向阀(5)的出油口相通；电磁球阀(16)的T口与冷却器(14)的进油口相通，电磁球阀(16)的P口堵死；

双级伺服液压缸(2)的动压活塞杆(52)的工作端通过弹簧(18)与激振圆盘(17)联接，双级伺服液压缸(2)的静压活塞杆(51)的工作端与激振圆盘(17)固定联接，双级伺服液压缸(2)的右端盖通过联接板(1)与液压挖掘机的斗杆通孔和连杆通孔联接；

双级伺服液压缸(2)由静压缸和动压缸组成，静压缸和动压缸的缸体(20)为一整体，缸体(20)的前半部分为静压缸，缸体(20)的后半部分为动压缸，静压缸和动压缸之间设有缸体隔断墙；

静压缸包括左端盖(19)、静压活塞(23)和静压活塞杆(51)；静压活塞杆(51)为空心圆柱体，静压活塞杆(51)同中心地安装在静压缸的静压腔(45)内，静压活塞杆(51)的工作端穿过左端盖(19)，静压活塞(23)安装在静压活塞杆(51)上，静压活塞(23)的一侧紧贴静压活塞杆(51)的轴肩，静压活塞(23)另一侧的静压活塞杆(51)上装有弹簧垫圈(43)和螺母(44)；动压缸包括右端盖(30)、动压活塞(27)和动压活塞杆(52)，动压活塞杆(52)同中心地安装在动压缸的动压腔(38)内，动压活塞(27)安装在动压活塞杆(52)上，动压活塞(27)的一侧紧贴动压活塞杆(52)的轴肩，动压活塞(27)另一侧的动压活塞杆(52)上装有弹簧垫圈(36)和螺母(35)；动压活塞杆(52)的工作端穿过缸体隔断墙中心的通孔和静压活塞杆(51)的中心通孔，动压活塞杆(52)工作端密封槽内装有密封圈(53)；动压活塞杆(52)的末端穿过右端盖(30)，安装罩(33)安装在右端盖(30)的中心位置处；位移传感器(34)的一端固定在安装罩(33)上，位移传感器(34)的另一端置入动压活塞杆(52)末端的孔内；

静压缸的缸体(20)上分别设有与静压腔(45)两侧相通的第一工作油口(21)和第二工作油口(24)，动压缸的缸体(20)上分别设有与动压腔(38)两侧相通的第三工作油口(26)和第四工作油口(29)；在缸体隔断墙中心通孔的内壁开有第三泄漏油环形槽(39)，缸体隔断墙的中间位置处设有与第三泄漏油环形槽(39)相通的泄漏油口(25)；第一工作油口(21)、第二工作油口(24)、第三工作油口(26)、第四工作油口(29)和泄漏油口(25)分别与伺服阀座(22)对应的阀口相通；

左端盖(19)的通孔内壁设有第一泄漏油环形槽(50)，第一泄漏油环形槽(50)通过左端盖(19)上的第一泄漏油通道(49)和静压缸的缸体(20)上的第二泄漏油通道(47)与第三泄漏油环形槽(39)相通；在第一泄漏油环形槽(50)对应的静压活塞杆(51)的内壁处设有第二泄漏油环形槽(54)，第二泄漏油环形槽(54)通过第三泄漏油通道(56)与第一泄漏油环形槽(50)相通；

第一泄漏油环形槽(50)的宽度为静压活塞(23)行程的1.3～2倍。

2.根据权利要求1所述的用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统，其特征在于所述的联接板(1)的结构是，联接板(1)的底板(60)的中心设有安装孔(57)，安装孔(57)的直径大于安装罩(33)的直径，底板(60)均匀地设有四个螺栓孔(61)，底板(60)的两边设有两条筋板(59)，每条筋板(59)均开有两个联接孔(58)，联接孔(58)的孔径和联接孔(58)间的距离与液压挖掘机的斗杆通孔和连杆通孔的尺寸相匹配。

3.根据权利要求1所述的用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统，其特征在于所述的动压活塞(27)和缸体(20)之间采用间隙密封，动压活塞杆(52)和缸体隔断墙内壁之间采用间隙密封，动压活塞杆(52)和静压活塞杆(51)之间采用间隙密封。

4.根据权利要求1或2所述的用于高铁轨道路基测试的伺服控制液压激振系统，其特征在于所述的动压活塞(27)的外壁开有3～5个第一平衡槽(28)，在动压活塞杆(52)和缸体隔断墙的中心通孔接触部分的动压活塞杆(52)上开有4～6个第二平衡槽(40)。

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