CN103075395A - 基于磁致伸缩驱动电液激振器 - Google Patents

Abstract

基于磁致伸缩驱动电液激振器，解决了现有电液激振器存在的激振频率低的问题，该电液激振器包括与被激振体通过活塞杆相连的双杆液压缸；与双杆液压缸的左油腔和右油腔分别相连的两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀；与两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀相连的磁致伸缩驱动泵，磁致伸缩驱动泵包括油缸和磁致伸缩驱动器，油缸和磁致伸缩驱动器通过弹性膜片分隔开并通过外壳封装成为一体；设置在磁致伸缩驱动泵上的开口方向不同的两个单向阀，两个单向阀均与两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀相连；设置在一个开口向里的单向阀和一个压电陶瓷驱动两位三通换向阀之间的蓄能器。本发明通过磁致伸缩和压电陶瓷能够实现快速响应，从而实现高频激励输出。

Description

基于磁致伸缩驱动电液激振器

技术领域

本发明涉及振动测试技术领域，具体涉及一种基于磁致伸缩驱动电液激振器。

背景技术

材料和结构的振动特性与其力学性能相关，因此振动试验成为现代工业的一项基础试验，并逐渐成为产品研发的重要手段，被广泛应用于许多重要的工程领域，如汽车和行走机械的道路模拟试验，大型设备的基频测试，工程材料、水坝及高层建筑的抗振疲劳试验等。

激振的方式目前主要有机械式、电动式和电液式三种类型，其中机械式振动台有结构简单、成本低等优点，但由于机械结构所限，存在上限频率较低、波形失真较大及有机械杂波等缺点；电动式振动台具有波形失真小、工作频率范围大等优点，但由于受磁饱和的限制不易获得大激振力，此外设备机构复杂、振动位移有限和需要辅助冷却装置；电液激振器与前两者相比具有无极调幅、调频，输出作用力大，系统简化且易于实现自动化控制等优点，其优良的性价比使其成为激振设备发展热点，广泛应用于重载、大功率等场合。

如图1所示，现有的电液激振器主要由双杆液压缸7、被激振体8、三位四通电磁阀32、油泵33和油缸34组成，被激振体8与双杆液压缸7的活塞杆相连，三位四通电磁阀32分别与双杆液压缸7的两个油腔、油泵33和油缸34相连，油缸34中充满液压油，工作时通过油泵33将液压油通过三位四通电磁阀32泵入双杆液压缸7一端油腔内，推动活塞运动，活塞带动活塞杆运动，被激振体8受到激振作用，通过对三位四通电磁阀32输入激振信号控制油路变化，从而实现活塞输出不同激励，基于此原理工作的电液激振器的激振频率受困于三位四通电磁阀32和油泵33的限制往往不高，一般激振频率在80Hz左右，因此，改善电液激振器性能的关键在于如何提高其激振频率。

发明内容

为了解决现有电液激振器存在的激振频率低的问题，本发明提供一种基于磁致伸缩驱动电液激振器。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于磁致伸缩驱动电液激振器，包括：

与被激振体通过活塞杆相连的双杆液压缸；

还包括：

与所述双杆液压缸的左油腔和右油腔分别相连的两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀；

与所述两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀相连的磁致伸缩驱动泵，所述磁致伸缩驱动泵包括油缸和磁致伸缩驱动器，所述油缸和磁致伸缩驱动器通过弹性膜片分隔开并通过外壳封装成为一体；

设置在所述磁致伸缩驱动泵上的开口方向不同的两个单向阀，所述两个单向阀均与所述两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀相连；

设置在一个开口向里的单向阀和一个压电陶瓷驱动两位三通换向阀之间的蓄能器。

所述两个单向阀包括两个结构相同的开口向外的第一单向阀和开口向里的第二单向阀。

所述两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀包括结构相同的第一换向阀和第二换向阀，所述第一换向阀与所述左油腔相连，所述第二换向阀与所述右油腔相连。

所述第一换向阀包括：上壳体；

安装在所述上壳体内部的驱动电极、压电陶瓷叠片和输出杆，所述驱动电极一端伸出上壳体内部，另一端与所述压电陶瓷叠片相连，所述压电陶瓷叠片与所述输出杆相连；

与所述上壳体通过杠杆相连的下壳体；

安装在所述下壳体内部的压缩弹簧、阀针和活动轴，所述活动轴通过所述压缩弹簧固定在下壳体的内部，所述活动轴可沿轴向移动，所述阀针套装并固定在所述活动轴上；

所述输出杆与所述杠杆上端相连；所述杠杆下端与所述活动轴相连。

所述下壳体下端靠近所述阀针的位置留有左油口、中油口和右油口，所述中油口始终处于充油状态。

所述磁致伸缩驱动器包括：

安装在所述外壳内部中心的磁致伸缩棒体；

套装在所述磁致伸缩棒体外部的励磁线圈；

与所述磁致伸缩棒体上端固定相连的顶盖；

与所述外壳的内部突起结构固定相连的压紧弹簧，所述压紧弹簧与所述顶盖固定相连，所述压紧弹簧始终处于压缩状态。

所述双杆液压缸为市售液压双杆液压缸。

所述蓄能器为市售液压用蓄能器。

本发明的有益效果是：本发明的基于磁致伸缩驱动电液激振器通过使用磁致伸缩驱动泵代替传统的油泵驱动油路，并使用两个高频压电陶瓷驱动两位三通换向阀代替传统的三位四通电磁阀，使双杆液压缸输出超高频激励，可以到达几百赫兹，提高了激振器的激振频率和油路的循环频率，本发明结构更紧凑，主要应用于振动测试领域。

附图说明

图1为现有的电液激振器的结构示意图；

图2为本发明的基于磁致伸缩驱动电液激振器的油路连接示意图；

图3为本发明的基于磁致伸缩驱动电液激振器的油路连接示意图；

图4为磁致伸缩驱动泵的结构示意图；

图5为压电陶瓷驱动两位三通换向阀的结构示意图。

图中：1、磁致伸缩驱动泵，2、第一单向阀，3、第二单向阀，4、蓄能器，5、第一换向阀，6、第二换向阀，7、双杆液压缸，8、被激振体，9、外壳，10、励磁线圈，11、磁致伸缩棒体，12、压紧弹簧，13、顶盖，14、弹性膜片，15、油缸，16、上壳体，17、压缩弹簧，18、驱动电极，19、压电陶瓷叠片，20、输出杆，21、杠杆，22、阀针，23、活动轴，24、下壳体，25、左油口，26、中油口，27、右油口，28、活塞杆，29、活塞，30、左油腔，31、右油腔，32、三位四通电磁阀，33、油泵，34、油缸。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2或图3所示，本发明的基于磁致伸缩驱动电液激振器，主要由磁致伸缩驱动泵1、单向阀、蓄能器4、压电陶瓷驱动两位三通换向阀、双杆液压缸7和被激振体8组成，磁致伸缩驱动泵1提供液压油，它与压电陶瓷驱动两位三通换向阀通过油管相连，单向阀安装在磁致伸缩驱动泵1上，压电陶瓷驱动两位三通换向阀与双杆液压缸7通过油管相连，被激振体8与双杆液压缸7相连。

单向阀主要由两个结构相同但开口方向不同的第一单向阀2和第二单向阀3组成，第一单向阀2的开口向外，第二单向阀3的开口向里，第一单向阀2和第二单向阀3只允许液压油沿一个方向流动。

如图4所示，磁致伸缩驱动泵1主要由外壳9、油缸15和磁致伸缩驱动器组成，油缸15与磁致伸缩驱动器通过外壳9封装成为一体，其中，油缸15设置在磁致伸缩驱动器的上端，并通过弹性膜片14将油缸15和磁致伸缩驱动器分隔开；外壳9上端安装有第一单向阀2和第二单向阀3，两个单向阀均与油缸15相通；油缸15中充满液压油；磁致伸缩驱动器主要由励磁线圈10、磁致伸缩棒体11、压紧弹簧12和顶盖13组成，励磁线圈10套装在磁致伸缩棒体11外部，磁致伸缩棒体11下端安装在外壳9上，顶盖13下端与磁致伸缩棒体11上端固定相连，压紧弹簧12一端和外壳9的内部突起结构固定相连，另一端与顶盖13固定相连，压紧弹簧12始终处于压缩状态，即顶盖13始终被压紧弹簧12压紧，弹性膜片14中心安装在顶盖13上端，其边缘安装在外壳9上，弹性膜片14是具有高弹性的薄片，它在轴向可以有一定变形量，磁致伸缩棒体11在磁场的作用下可以沿长度方向伸长和缩短，当励磁线圈10通电产生磁场时，磁致伸缩棒体11会伸长，弹性膜片14顶起，油缸15中的液压油从第一单向阀2流出；当励磁线圈10断电无磁场时，磁致伸缩棒体11会缩短，弹性膜片14落下，液压油从第二单向阀3回流进入油缸15中。

压电陶瓷驱动两位三通换向阀主要由两个结构相同的第一换向阀5和第二换向阀6组成，如图5所示，第一换向阀5和第二换向阀6均由压电陶瓷驱动器和阀体组成，压电陶瓷驱动器主要由上壳体16、驱动电极18、压电陶瓷叠片19和输出杆20组成，阀体主要由压缩弹簧17、阀针22、活动轴23和下壳体24组成，压电陶瓷驱动器和阀体通过杠杆21相连，压电陶瓷叠片19一端安装在上壳体16上，另一端与杠杆21一端相连，杠杆21另一端与活动轴23相连，活动轴23通过压缩弹簧17固定在阀体的空腔中，活动轴23可以在阀体内沿轴向移动，阀针22套装并固定在活动轴23上，阀针22可随着活动轴23在阀体内移动，阀针22与下壳体24之间封闭的空腔作为油腔，下壳体24的下端留有三个油口，包括左油口25、中油口26和右油口27，当驱动电极18不通电时，压电陶瓷叠片19不伸长，阀针22将左油口25堵住，中油口26和右油口27连通；当驱动电极18通电时，压电陶瓷叠片19伸长，推动输出杆20向右运动，并带动杠杆21也向右运动，同时活动轴23向左压紧压缩弹簧17，阀针22也随之向左移动，由此将压电陶瓷叠片19的伸长传递给阀针22，阀针22运动将右油口27堵住，左油口25打开，左油口25和中油口26连通，由于压电陶瓷叠片19的反应十分迅速，因此压电陶瓷驱动两位三通换向阀可以实现超高频的油路切换。

双杆液压缸7主要由两个活塞杆28和活塞29组成，被激振体8与活塞杆28相连，活塞29将双杆液压缸7分隔成两个油腔，包括左油腔30和右油腔31，第一单向阀2通过第一换向阀5与双杆液压缸7的左油腔30连通，左油腔30与第一换向阀5的中油口26相连，第二单向阀3先通过蓄能器4再通过第二换向阀6与双杆液压缸7的右油腔31连通，右油腔31与第二换向阀6的中油口26相连；当压电陶瓷驱动两位三通换向阀换向后，第一单向阀2会通过第二换向阀6与右油腔31连通，而第二单向阀3则先通过蓄能器4再通过第一换向阀5与左油腔30连通。

本实施方式中的双杆液压缸7为市售液压双杆液压缸。

本实施方式中的蓄能器4为市售液压用蓄能器，蓄能器4主要作用是防止油路出现气泡，并保证油路安全，调整油路压力。

磁致伸缩驱动器推动液压油在油路流动；压电陶瓷驱动两位三通换向阀实现油路高频切换，两者配合实现活塞29的高频输出。

本发明的基于磁致伸缩驱动电液激振器有两种工作状态，不同工作状态通过压电陶瓷驱动两位三通换向阀改变油路的连接，如图2所示，为本发明的电液激振器的第一种工作状态，油缸15中的液压油流出通过第一单向阀2、第一换向阀5和左油腔30连通，回流油路从右油腔31通过第二换向阀6、蓄能器4、第二单向阀3和油缸15连通，当磁致伸缩驱动器伸长时，挤压油缸15使液压油从第一单向阀2流出，沿油路通过第一换向阀5流入双杆液压缸7的左油腔30，推动活塞杆28沿图2中箭头G方向运动，活塞杆28推动被激振体8，使被激振体8受到激励作用，活塞杆28的运动推动第二换向阀6的液压油流入蓄能器4，当磁致伸缩驱动器缩短时，油缸15体积扩大，蓄能器4中液压油从第二单向阀3流入油缸15，整个过程通过磁致伸缩驱动实现活塞杆28运动。

当压电陶瓷驱动两位三通换向阀换向时使油路发生改变，如图3所示，为本发明的电液激振器的第二种工作状态，油缸15中液压油流出通过第一单向阀2、第一换向阀5和右油腔31连通；回流油路从左油腔30出发通过第二换向阀6、蓄能器4、第二单向阀3和油缸15连通；此时磁致伸缩驱动器的伸缩使活塞杆28沿图3中箭头H方向运动，因此压电陶瓷驱动两位三通换向阀的切换导致活塞杆28伸缩运动，完成对被激振体8激励。

Claims (8)

1.基于磁致伸缩驱动电液激振器，包括：

与被激振体（8）通过活塞杆（28）相连的双杆液压缸（7）；

其特征在于，还包括：

与所述双杆液压缸（7）的左油腔（30）和右油腔（31）分别相连的两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀；

与所述两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀相连的磁致伸缩驱动泵（1），所述磁致伸缩驱动泵（1）包括油缸（15）和磁致伸缩驱动器，所述油缸（15）和磁致伸缩驱动器通过弹性膜片（14）分隔开并通过外壳（9）封装成为一体；

设置在所述磁致伸缩驱动泵（1）上的开口方向不同的两个单向阀，所述两个单向阀均与所述两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀相连；

设置在一个开口向里的单向阀和一个压电陶瓷驱动两位三通换向阀之间的蓄能器（4）。

2.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述两个单向阀包括两个结构相同的开口向外的第一单向阀（2）和开口向里的第二单向阀（3）。

3.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述两个压电陶瓷驱动两位三通换向阀包括结构相同的第一换向阀（5）和第二换向阀（6），所述第一换向阀（5）与所述左油腔（30）相连，所述第二换向阀（6）与所述右油腔（31）相连。

4.根据权利要求3所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述第一换向阀（5）包括：上壳体（16）；

安装在所述上壳体（16）内部的驱动电极（18）、压电陶瓷叠片（19）和输出杆（20），所述驱动电极（18）一端伸出上壳体（16）内部，另一端与所述压电陶瓷叠片（19）相连，所述压电陶瓷叠片（19）与所述输出杆（20）相连；

与所述上壳体（16）通过杠杆（21）相连的下壳体（24）；

安装在所述下壳体（24）内部的压缩弹簧（17）、阀针（22）和活动轴（23），所述活动轴（23）通过所述压缩弹簧（17）固定在下壳体（24）的内部，所述活动轴（23）可沿轴向移动，所述阀针（22）套装并固定在所述活动轴（23）上；

所述输出杆（20）与所述杠杆（21）上端相连；所述杠杆（21）下端与所述活动轴（23）相连。

5.根据权利要求4所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述下壳体（24）下端靠近所述阀针（22）的位置留有左油口（25）、中油口（26）和右油口（27），所述中油口（26）始终处于充油状态。

6.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述磁致伸缩驱动器包括：

安装在所述外壳（9）内部中心的磁致伸缩棒体（11）；

套装在所述磁致伸缩棒体（11）外部的励磁线圈（10）；

与所述磁致伸缩棒体（11）上端固定相连的顶盖（13）；

与所述外壳（9）的内部突起结构固定相连的压紧弹簧（12），所述压紧弹簧（12）与所述顶盖（13）固定相连，所述压紧弹簧（12）始终处于压缩状态。

7.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述双杆液压缸（7）为市售液压双杆液压缸。

8.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩驱动电液激振器，其特征在于，

所述蓄能器（4）为市售液压用蓄能器。

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