CN104454754A - 薄膜式液压激振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用液体作为介质的薄膜式液压激振器，包括柔性材料制成的薄膜、两个相互平行的刚性平板—和刚性平板二，薄膜设于刚性平板—和刚性平板二间；薄膜单独或与刚性平板—、刚性平板二共同形成容纳液体的密闭空间；密闭空间通过通道连通液流方向周期性变化的液压源；利用薄膜在曲率半径很小时可承受较大压强的原理，通过对薄膜内的空间进行周期性的充排液而产生振动位移和振动力。它不用轴承承受振动力，从而克服了机械激振器有关轴承的润滑、密封、散热、维修等困难；由于有回程弹簧组，它可以输出较大的加速度。

Description

薄膜式液压激振器

技术领域

    本发明涉及一种薄膜式液压激振器，属于振动机械领域。

背景技术

振动机械使用的激振器有机械式的和液压或气压式的。

机械式激振器的共同特征是振动力必然作用在轴承上，轴承的运转必然产生热，磨损，油脂泄漏等问题，使得润滑，密封，散热，维修，制造等非常复杂，限制了振动力和振动频率的增大。

液压和气压激振器能量利用率低，要求的制造精度高，密封复杂等使其应用受到限制。为了获得大的振动力，不得不使用多个激振器并联，这样就产生了同步问题。多于两个激振器的并联将导致结构和控制复杂。振动力不是均匀地作用在振动体上，而是集中在较小的范围内，是以上所有激振器的缺点。这使振动体的应力增大。

另外，机械式激振器不能不停机调幅，气压和液压激振器不能独立地调频调幅。

发明内容

本发明的目的是提供一种不用轴承承受振动力，体积小，重量轻，成本低，振动力大，频率高，耗能少，无泄漏，无磨损，振动力均匀分布，便于并联同步，可独立调频调幅的激振器。

本发明的技术解决方案是：

一种薄膜式液压激振器，包括柔性材料制成的薄膜、两个相互平行的刚性平板—和刚性平板二，薄膜设于刚性平板—和刚性平板二间；

薄膜单独或与刚性平板—、刚性平板二共同形成容纳液体的密闭空间；液体可通过通道进出此密闭空间，密闭空间通过通道连通液流方向周期性变化的液压源； 

刚性平板—、刚性平板二相向的两面均可分为三个区域：与薄膜或液体始终接触的区域Ⅰ；与薄膜或液体始终不接触的区域Ⅱ；其它区域Ⅲ；区域Ⅰ与区域Ⅱ不连通；薄膜与刚性平板—、刚性平板二可采用粘接或用法兰螺钉固定，或仅仅接触。

进一步地，密闭空间通过通道分别连通开关阀、直流泵，开关阀、直流泵的另一端均与蓄液池连通，直流泵连续地将液体从蓄液池送往密闭空间，开关阀周期性地将液体从密闭空间排向蓄液池，使密闭空间内的液体的体积、压强周期性地变化。

或者，该液压源采用无单向阀的柱塞泵，或者采用直流泵与方向控制回路实现的装置。

进一步地，刚性平板—、刚性平板二分别安装有若干回程弹簧组，每个回程弹簧组有至少一个回程弹簧、一个螺纹杆、至少一个螺母、至少一个弹簧压板，回程弹簧的一端与刚性平板固定，弹簧压板位于回程弹簧的另一端，螺纹杆自由地穿过回程弹簧和弹簧压板及刚性平板的相应的孔，螺母安在螺纹杆上弹簧压板的另一端，使回程弹簧在任何时间都处于受压状态。

本发明的有益效果是：

该种薄膜式液压激振器，利用薄膜在曲率半径很小时可承受较大压强的原理，通过对薄膜内的空间进行周期性地充排液而产生振动位移和振动力。与现有激振器相比，具有如下优点：

一、它不用轴承承受振动力，从而克服了机械激振器有关轴承的润滑、密封、散热、维修等困难。

二、它没有活塞，从而克服了通常液压式激振器泄漏、磨损、耗能高等缺点。

三、它还有振动力可以很大，方便同步和并联，可分别调频调幅，激振力均匀分布的优点。

四、由于有回程弹簧组，它可以输出较大的加速度。

附图说明

    图1是本发明实施例薄膜与刚性平板二粘接的结构示意图；

图2是实施例薄膜与刚性平板二法兰固定的结构示意图；

图3是实施例安装无单向阀的柱塞泵的结构示意图；

图4是实施例安装直流泵和开关阀的结构示意图； 

图5是实施例安装回程弹簧组后的结构示意图；

图6是实施例安装近共振型回程弹簧组后的结构示意图；

图7是应用实例一薄膜式液压激振器振动成型机的结构示意图；

图8是应用实例二薄膜式激振器振动沉拔桩机的结构示意图；

图9是应用实例三薄膜式液压激振近共振型单筒振动磨的结构示意图；

其中：1-刚性平板一，2-刚性平板二，3-薄膜，4-通道，5-螺母，6-螺纹杆，7-弹簧压板，8-回程弹簧，9-开关阀，10-直流泵，11-蓄液池，12-螺钉，13-法兰，14-无单向阀的柱塞泵；15-减振弹簧上座，16-减振弹簧，17-减振弹簧下座。

图7中，71-机架，72-升降装置，73-上配重，74-上模，75-下模，76-台面，77-下配重。

图8中，85-起吊装置，86-配重，87-夹桩器，88-桩。

图9中，91-筒体，92-底座，93-电机。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

薄膜式液压激振器由两个相互平行的刚性平板一1、刚性平板二2、用不渗漏不易伸长的柔性材料制成的薄膜3组成，薄膜材料如含不渗漏涂层的芳纶，如图1，刚性平板一1、刚性平板二2相向的两面分别为A`面、B`面，A`面、B`面的距离很小，优选为<30mm，两刚性平板可作垂直于A`面的相对运动。

A`面、B`面可分为三个区域：

与薄膜3或液体始终接触的区域Ⅰ；

与薄膜3或液体始终不接触的区域Ⅱ； 

其它区域Ⅲ。

区域Ⅰ和区域Ⅱ不连通，薄膜3仅在区域Ⅰ与刚性平板密封连接，连接的方法是粘接、法兰13压紧连接或仅仅接触而不固定，即与设有通道4的刚性平板，在非通道4区域，薄膜3与刚性平板粘接，如图1，或通过螺钉12、法兰13压紧，如图2，使薄膜3单独或与刚性平板共同形成密闭空间，而薄膜3与另一刚性平板可以部分粘接或仅仅接触而不固定，使刚性平板能够垂直于A`面运动。

两刚性平板和薄膜3形成了一个密闭的空间，液体经一通道4进出这一密闭空间，使密闭空间的液体体积和压强变化，产生刚性平板的位移和振动力。所用的液体通常是水。以上装置配上液流方向周期性变化的液压源，即可使用。

一个可输出方向周期性变化的液流的液压源通过通道与密闭空间连通，此液压源可以是没有单向阀的柱塞泵14，如图3。

液流方向周期性变化的液压源，如图4所示，它包括电机驱动的开关阀9、通道4、直流泵10、蓄液池11，如图4，通道4与密闭空间、开关阀9、直流泵10连通，开关阀、直流泵10的另一端与蓄液池11连通，直流泵10连续地将液体从蓄液池1送往密闭空间，开关阀9周期性地将液体从密闭空间排向蓄液池11，致使密闭空间内的液体的体积和压强周期性地变化。

在两刚性平板上安装回程弹簧组，可使刚性平板获得回程力，如图5、图6。因为液体对任一个刚性平板的作用力都是单向的，回程弹簧组包括至少一个回程弹簧8，至少一个螺母5，至少一个弹簧压板7，一个螺纹杆6。回程弹簧8的一端与刚性平板接触，弹簧压板7位于回程弹簧8的另一端，螺纹杆6自由地穿过这些回程弹簧8、弹簧压板7及刚性平板上相应的孔，螺母5安在螺纹杆6上弹簧压板7的另一端，使回程弹簧8在任何时间均处于受压状态。

图6是安装近共振型回程弹簧组的视图。与图5不同的是，两刚性平板的内外两侧分别设置回程弹簧。近共振回程弹簧组的作用是当薄膜3内液体增加时，薄膜式液压激振体的两刚性平板上下距离增大，同时近共振回程弹簧组的激振力作用于两刚性平板上，起到振幅的作用，使系统处于近共振状态。

实施例的一种薄膜式液压激振器，利用柔性薄膜3在曲率半径很小时可承受较大压强的原理，用两个平行的刚性平板与不渗漏不易伸长的材料制成的柔性薄膜3密封连接，薄膜3的外表面分为两个区域：与刚性平板不接触的区域，与刚性平板接触的区域。

薄膜3与两个刚性平板形成一个密闭空间。经一通道4向这一密闭空间注入液体，在内部压强P的作用下，与刚性平板不接触的区域的截面是半圆，半径的最大值R>振幅A即可。薄膜3单位长度的最大应力σ=P×R。由此可见，只要A足够小，就可以满足强度要求。与刚性平板接触的区域的应力不大于与刚性平板不接触的区域的应力。当密闭空间内的液体体积周期性变化时，半径与压强也将随之变化。这就形成了振动。

使液体体积和压强周期性变化的方法：泵连续地向密闭空间注入液体，开关阀周期性地将液体排出。因为液体的作用力对刚性平板仅是单向的，回程弹簧8提供了相反方向的作用力，产生的加速度可以大于重力加速度。

 

应用实例一

薄膜式液压激振器振动成型机，如图7，包括机架71、升降装置72、上配重73、上模74、下模75、台面76、下配重77、减振弹簧上座15、减振弹簧16、减振弹簧下座17，它取消了通常的机械式激振器，而代之以薄膜式液压激振器。

薄膜式液压激振器的结构如实施例描述。

升降装置72安装在机架71的上部，从上配重73向下依次是：上模74、下模75、台面76、刚性平板一1、薄膜3、刚性平板二2、下配重77、减振弹簧上座15、减振弹簧16、减振弹簧下座17，其中，上配重73与上模74固定连接，刚性平板一1与台面76固定连接，刚性平板二2与下配重77固定连接，减振弹簧上座15与螺纹杆6固定连接，减振弹簧16安在减振弹簧上座15与减振弹簧下座17之间，减振弹簧下座17固定于地面或机架71下部，其余各构件间仅有压力的作用而不作机械固定。

由于薄膜是用不易伸长的材料制成的，所以当液体注入密闭空间时，液体的压强会变化，并使刚性平板一1、刚性平板二2的距离增大；阀处于开通状态时，在回程弹簧8弹性力的作用下，密闭空间内的液体和泵输出的液体都将经阀进入蓄液池11，使液体压强下降，刚性平板一1、刚性平板二2的距离减小，从而完成一个振动循环。

薄膜式液压激振器振动成型机区别于普通液压和气动装置的是没有活塞，因而没有因活塞引起的密封、泄漏、摩擦和磨损。由于没有泄漏，可以使用水作为介质。密闭空间有很大的工作面积，所以即使内部压强不大但总的振动力却可以很大。

薄膜式液压激振器振动成型机能付诸应用的另一个原因是振动机械要求的振幅很小。薄膜3没接触平板的边缘处的截面是一个半圆弧。两平板距离较大时，圆弧半径较大；两平板距离较小时，圆弧半径较小。由于振幅很小，即使在两平板距离最大时，圆弧半径也很小。薄膜材料的应力与内部压强和圆弧半径成正比。因此，只要圆弧半径足够小，现有的材料就可以满足压强对薄膜3的强度要求。改变开关阀9的转速就可以改变振动频率，改变泵的流量可以改变振幅。因此薄膜式液压激振器振动成型机可以无级地不停机调频和调幅，且调频和调幅无关。另外，薄膜3与平板的接触处的振动力是均匀分布的，这使系统受力状态较好。薄膜3与平板的相对运动是滚动而非滑动，所以无摩擦和磨损。另外，使用薄材料制造薄膜，可以避免弯曲疲劳损坏。螺纹杆6的振动位移与上下质体的质量差成正比，通过准确地配置质量再加上减振弹簧16的作用，可以使传到外界的动载荷很小。

 

应用实例二

薄膜式激振器振动沉拔桩机，如图8，由配重86、夹桩器87、起吊装置85和薄膜式液压激振器构成。薄膜式液压激振器的结构如实施例描述。

配重86固定在刚性平板一1上方，夹桩器87固定在刚性平板二2的下方，起吊装置85与螺纹杆6固定。由于螺纹杆6传到起吊装置85上的振动力与上下质体的质量差成正比，所以，准确地配置质量就可以使传到起吊装置85的振动力几乎等于0。

 

应用实例三

薄膜式液压激振近共振型单筒振动磨，如图9，由筒体91、近共振弹簧组、薄膜式液压激振器、减振弹簧组、底座92及液压装置所构成，使用薄膜式液压激振器取代了通用的机械式激振器，薄膜式液压激振器的结构如实施例描述。液压装置包括开关阀9、电机93、蓄液池11、直流泵9、液压管道，如附图1所示。

由附图5可知，筒体91由磨筒、侧板、底板固结而成。

近共振弹簧组与实施例中近共振型回程弹簧组结构相同。近共振弹簧组的作用是当薄膜3内液体增加时，薄膜式液压激振体的两刚性平板上下距离即振幅增大，同时近共振弹簧组的激振力作用于两刚性平板上，起到增大激振、迅速和进一步增大振幅的作用，使磨机处于近共振状态。

减振弹簧组应≥1组，每组由至少1个减振弹簧16、1个减振弹簧上座15、螺纹杆6、一个减振弹簧下座17组成，螺纹杆6一端与减振弹簧上座15上面相固结，减振弹簧上座15下平面和减振弹簧下座17上平面上分别固结有螺纹杆6，减振弹簧16通过螺纹杆6安装于减振弹簧上座15和减振弹簧下座17之间，减振弹簧下座17与底座92相固结，底座92可固定在地基上。减振弹簧组的作用是能够减少系统的振动对地基的传递，并减少由此产生的噪声。

合理地设计、调整主振弹簧及复位弹簧的刚度或调整开关阀9的频率可以使系统在近共振状态下工作，从而达到小功率大驱动、减小能耗、显著提高效率的目的。

由于薄膜3是用不易伸长的材料制成的，所以当液体注入封闭空间时，薄膜3内部液体的压强会变化，并克服复位弹簧的作用力和其它阻力使两刚性平板的距离增大；阀处于开通状态时，在复位弹簧作用下，薄膜3内部的液体和泵输出的液体都将经阀进入蓄液池11，使液体压强下降，使两刚性平板的距离减小，从而完成一个振动循环。本发明区别于普通液压和气动装置的是：无需活塞，因而不存在因活塞引起的密封、泄漏、摩擦和磨损。

由于没有泄漏，可以使用水作为介质。封闭空间有很大的工作面积，所以即使内部压强不大但总的振动力却可以很大，薄膜式激振器能付诸应用的另一个原因是与一般振动磨要求振幅较小的情况相吻合。薄膜式不接触板面的边缘处的截面是一个半圆弧，其最大半径R略大于激振振幅。

薄膜材料的应力与内部压强和弧半径成正比，故只要弧半径足够小，现有材料就可以满足压强对薄膜3的强度要求。改变开关阀9的转速可以改变振动频率，改变泵的流量可以改变振幅。因此本发明可无级地不停机调频和调幅，且调频和调幅无关。

由于薄膜式激振器与筒体91接触处的振动力是均匀分布的，使得系统受力状态较好；薄膜3与两个激振平面的相对运动是滚动而非滑动，所以无摩擦和磨损。使用薄材料制造薄膜式，可以减小弯曲疲劳损坏。由于螺纹杆的振动位移与上下质体的质量差成正比，故准确地配置质量，再加上减振弹簧16的作用，就可以使机器对地面的振动干扰几乎等于零。

Claims (4)

1.一种薄膜式液压激振器，其特征在于：包括柔性材料制成的薄膜、两个相互平行的刚性平板—和刚性平板二，薄膜设于刚性平板—和刚性平板二间；

薄膜单独或与刚性平板—、刚性平板二共同形成容纳液体的密闭空间；液体可通过通道进出此密闭空间，密闭空间通过通道连通液流方向周期性变化的液压源； 

刚性平板—、刚性平板二相向的两面均可分为三个区域：与薄膜或液体始终接触的区域Ⅰ；与薄膜或液体始终不接触的区域Ⅱ；其它区域Ⅲ；区域Ⅰ与区域Ⅱ不连通；薄膜与刚性平板—、刚性平板二可采用粘接或用法兰螺钉固定，或仅仅接触。

2.如权利要求1所述的薄膜式液压激振器，其特征在于：密闭空间通过通道分别连通开关阀、直流泵，电机或其它动力驱动的开关阀、直流泵的另一端均与蓄液池连通，直流泵连续地将液体从蓄液池送往密闭空间，开关阀周期性地将液体从密闭空间排向蓄液池，使密闭空间内的液体的体积、压强周期性地变化。

3.如权利要求1所述的薄膜式激振器，其特征在于：液流方向周期性变化的液压源采用无单向阀的柱塞泵或采用直流泵和方向控制回路实现的装置。

4.如权利要求2或3所述的薄膜式液压激振器，其特征在于：刚性平板—、刚性平板二分别安装有若干回程弹簧组，每个回程弹簧组有至少一个回程弹簧、一个螺纹杆、至少一个螺母、至少一个弹簧压板，回程弹簧的一端与刚性平板固定，弹簧压板位于回程弹簧的另一端，螺纹杆自由地穿过回程弹簧和弹簧压板及刚性平板的相应的孔，螺母安在螺纹杆上弹簧压板的另一端，使回程弹簧在任何时间都处于受压状态。