CN106195336A - 一种方波激振阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种方波激振阀，属于激振阀技术领域。它解决了现有激振阀难以实现方波信号输出等技术问题。本方波激振阀包括阀体和阀芯并依次形成第一压力控制腔、第一回油腔、压力腔、第二回油腔和第二压力控制腔；阀体上开有与压力腔连通的进油口、第一控制口和第二控制口，进油口分别与第一压力控制腔和第二压力控制腔连通；配流凸肩朝向第一回油腔的端面上开有环形槽，配流凸肩的侧壁上沿阀芯的轴向设有与环形槽连通的第一窗口阵列和第二窗口阵列；阀体上与配流凸肩相对的侧壁上开有第一导控口和第二导控口，第一导控口与第一压力控制腔连通，第二导控口与第二压力控制腔连通。本发明具有能实现方波信号输出的优点。

Description

一种方波激振阀

技术领域

本发明属于激振阀技术领域，涉及一种方波激振阀。

背景技术

振动试验是现代工程技术领域中一项基本试验，广泛应用于诸多重要的工程领域，如结构动力特性测试实验、抗地震性能实验、机械设备状态测试实验、结构动力检测实验、仪器设备故障诊断实验、重大工程设施强震安全实验、工程材料力学性能的疲劳测试，飞机、航天器、汽车等的飞行振动和道路振动实验，建筑物、水坝等抗震实验等。

目前所使用的振动台有电磁式、气动式、机械式和电液式等，而电液式以其输出力大、无级调幅和调频等优点，受到广泛使用。其中电液式的振动台会采用到激振阀，激振阀是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振阀能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。

传统的电液式采用电液伺服阀驱动，其频率受到电液伺服阀频响特性的限制，难以提高到一较高的水平。浙江工业大学研制的2D高频电液激振阀代表着当前电液激振技术的先进水平，该阀阀芯控制口具有双自由度，实现激振频率和幅值的独立控制，激振频率等于阀芯转速和阀芯沟槽与阀套上的窗口之间的沟通次数的乘积，其控制系统复杂，且其输出的流量不够大，难以实现方波信号输出。

为了解决上述问题，中国专利文献公开了电液激振控制阀【授权公告号CN100565158C】，包括阀休，阀体上开有与高压油箱连通的进油口、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泊口、第二出油口，该电液激振控制阀还包括阀芯和阀套，阀套嵌套在阀体的内壁，阀芯穿过阀套，阀芯与第一伺服电机和第二伺服电机连接；阀芯上等问距的设有至少四个台肩，各个台肩的周向均匀开设至少两个沟槽，前后相邻的台肩上的沟槽相互错位；阀套的周向均匀开设有与各个台肩配合的一圈阀套窗口，所述的阀套窗口为至少四圈，在相邻的阀套窗口之间的阀套设有辅助窗口，在靠近第一阀套窗口的阀套端部设有附加窗口。该专利其控制较复杂，且无法稳定的输出方波，难以满足工程需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种方波激振阀，本发明解决的技术问题是能实现方波信号的稳定输出。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种方波激振阀，包括阀体和阀芯，所述阀芯转动连接在阀体内且阀芯的一端穿出阀体，所述阀芯能沿其轴向方向相对阀体滑动，其特征在于，所述阀芯位于阀体内的一段依次设有配流凸肩、控制凸肩一、控制凸肩二和滑动凸肩，所述配流凸肩、控制凸肩一、控制凸肩二和滑动凸肩均与阀体的内壁贴靠，所述配流凸肩和阀体之间形成第一压力控制腔，所述配流凸肩和控制凸肩一之间形成第一回油腔，所述控制凸肩一和控制凸肩二之间形成压力腔，所述控制凸肩二和滑动凸肩之间形成第二回油腔，滑动凸肩和阀体之间形成第二压力控制腔；所述第一回油腔和第二回油腔连通且通过开设在阀体上的回油通道与外界连通；所述阀体上开有与压力腔连通的进油口、分别位于进油口两侧的第一控制口和第二控制口，所述进油口分别与第一压力控制腔和第二压力控制腔连通；所述控制凸肩一与第一控制口对齐，所述控制凸肩二与第二控制口对齐，所述配流凸肩朝向第一回油腔的端面上开有环形槽，所述配流凸肩的侧壁上沿阀芯的轴向设有第一窗口阵列和第二窗口阵列，所述第一窗口阵列和第二窗口阵列均由若干呈圆周分布的回油口组成，所述第一窗口阵列中的回油口相对第二窗口阵列中的回油口交错设置，所述回油口与环形槽连通；所述阀体上与配流凸肩相对的侧壁上开有第一导控口和第二导控口，所述第一导控口通过通道与第一压力控制腔连通，所述第二导控口通过通道与第二压力控制腔连通，在所述第一窗口阵列与第一导控口对齐时第二导控口与配流凸肩上位于第一窗口阵列和第二窗口阵列之间的侧壁对齐，在所述第二窗口阵列与第二导控口对齐时第一导控口与配流凸肩上位于第一窗口阵列和第二窗口阵列之间的侧壁对齐。

阀芯穿出阀体的一端与一电机连接，电机能带动阀芯转动；第一控制口和第二控制口与一控制油缸连通，控制油缸内具有活塞，第一控制口和第二控制口分别与位于活塞两端的油缸连通。

具体工作原理：

工作时，电机带动阀芯转动，在第二窗口阵列的回油口与第二导控口重叠面积大于第一窗口阵列的回油口与第一导控口的重叠面积大于时，第二压力控制腔的压力低于第一压力控制腔的压力，阀芯受到向第二压力控制腔一侧的推力并迅速向第二压力控制腔一侧移动，由于第二窗口阵列的回油口和第一窗口阵列的回油口是交错设置的，因此移动后第一导控口和第二导控口都不与回油口连通并处于关闭状态，在上述过程中，第一控制口先与压力腔连通，第二控制口先与第二回油腔连通，在阀芯移动后，第一控制口会与第一回油腔连通，第二控制口会与压力腔连通，此时压力腔内压力较大，油液会从第二控制口压入油缸，而第一回油腔内压力较小，因此油缸内的油液从第一控制口被压入第一回油腔，从而使得油缸内的活塞向一侧移动；阀芯继续旋转时，第一窗口阵列的回油口与第一导控口重叠，随着重叠面积增大，第一压力控制腔的压力迅速下降，第二压力控制腔的压力迅速增大，使得第一压力控制腔的压力小于第二压力控制腔的压力，阀芯迅速向第一压力控制腔一侧移动，移动后第一导控口和第二导控口都不与回油口连通并处于关闭状态，在上述过程后，第一控制口与压力腔连通，第二控制口与第二回油腔连通，此时压力腔内压力较大，油液会从第一控制口压入油缸，而第二回油腔内压力较小，因此油缸内的油液从第二控制口被压入第二回油腔，从而使得油缸内的活塞向另一侧移动；通过阀芯转动使得阀芯在轴向上前后往复移动，从而使得第一控制口和第二控制口与压力腔交替连通，使得油液能交替从油缸的两端进入并使得活塞做往复运动并产生相应频率的激振力，最终实现方波信号输出，激振频率等于阀芯转速与第二窗口阵列包含的回油口数目的乘积；通过第一窗口阵列中的回油口相对第二窗口阵列中的回油口交错设置，阀芯的转动速度恒定，阀芯在第一导控口和第二导控口之间来回移动时消耗的时间以及速度相同，也就是第一压力控制腔和第二压力控制腔内压力变化的幅度保持相同，从而使得从第一控制口和第二控制口进出的油量相同，最后达到的效果就使活塞在来回移动时的位移以及所需要的时间是相同的，因此活塞来回移动时输出的方波是稳定的。

在上述的方波激振阀中，所述控制凸肩一和控制凸肩二之间的间距与第一控制口和第二控制口之间的间距相同。该结构使得阀芯在来回移动时第一控制口和第二控制口只能其中一个与压力腔连通，也就是第一控制口和第二控制口只有一个能出油，另一个则是进油，避免在阀芯移动过程中出现压力腔与第一回油腔或者第二回油腔连通的情况，通过该结构保证控制凸肩一与第一控制口对齐，控制凸肩二与第二控制口对齐，实现方形波的稳定输出。

在上述的方波激振阀中，所述进油口通过第一通道与第一压力控制腔连通，所述第一通道内设有使得油液能从进油口流向第一压力控制腔的第一单向阀，所述进油口通过通过第二通道与第二压力控制腔连通，所述第二通道内设有使得油液能从进油口流向第二压力控制腔的第二单向阀。通过第一单向阀和第二单向阀实现第一通道和第二通道的单向流通，只能从进油口进油，保证第一压力控制腔和第二压力控制腔压力保持稳定，也就能使得阀芯来回移动稳定，实现方形波的稳定输出。

在上述的方波激振阀中，所述第一窗口阵列中的回油口沿阀芯轴向上的宽度和第二窗口阵列中的回油口沿阀芯轴向上的宽度相同，所述第一导控口的直径与回油口的宽度相同，所述第二导控口的直径与回油口的宽度相同；所述第一窗口阵列和第二窗口阵列之间的间距与第一导控口和第二导控口之间的间距差等于回油口沿阀芯轴向上的宽度。上述结构使得通过回油口中油液流量相同，也就在阀芯来回移动的过程中第一压力控制腔和第二压力控制腔损失和增加的油压压力大小相同，同时上述间距的设置使得阀芯在来回移动时没有停顿，保证方形波形的稳定性。

在上述的方波激振阀中，所述第一窗口阵列中的回油口和第二窗口阵列中的回油口的个数均为偶数。该结构保证配流凸肩在轴向和周向上受力相等，使得阀芯在周向转动上运输，在轴向移动上稳定，实现方形波的稳定输出。

在上述的方波激振阀中，所述第一窗口阵列中的回油口沿阀芯轴向上的宽度和第二窗口阵列中的回油口沿阀芯轴向上的宽度均为0.5mm～2mm。该结构在阀芯以较高的频率来回移动时保证阀芯移动的稳定，从而得到稳定的方形波。

在上述的方波激振阀中，所述配流凸肩朝向第一压力控制腔的端面与滑动凸肩朝向第二压力控制腔的端面面积相同。阀芯受到的压力与作用面积直接相关，上述结构使得第一压力控制腔内的压力作用在阀芯上的面积与第二压力控制腔作用在阀芯上的面积是相同的，也就避免了因作用面积不同导致阀芯轴向移动出现偏差的情况，从而保证方波信号输出稳定性，同时使得阀芯在来回移动时其来回移动的位移是相同的，从而保证方波信号输出的对称性。

与现有技术相比，本方波激振阀具有实现方波信号输出且输出的方波信号稳定的优点。

附图说明

图1是本方波激振阀的第二窗口阵列的回油口与第二导控口对齐时的剖视结构示意图。

图2是本方波激振阀的第一窗口阵列的回油口与第一导控口对齐时的剖视结构示意图。

图3是阀芯的结构示意图。

图中，1、阀体；11、阀芯；2、配流凸肩；21、环形槽；22、第一窗口阵列；23、第二窗口阵列；24、回油口；25、第一压力控制腔；26、第一导控口；27、第二导控口；28、第一通道；29、第一单向阀；3、控制凸肩一；31、控制凸肩二；32、压力腔；33、进油口；4、滑动凸肩；41、第二压力控制腔；42、第二通道；43、第二单向阀；5、第一回油腔；51、第二回油腔；52、回油通道；6、第一控制口；61、第二控制口；7、电机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，方波激振阀包括阀体1和阀芯11，阀芯11转动连接在阀体1内且阀芯11的一端穿出阀体1，阀芯11穿出阀体1的一端与一电机7连接，电机7能带动阀芯11转动，阀芯11能沿其轴向方向相对阀体1滑动。

如图1、图2和图3所示，阀芯11位于阀体1内的一段依次设有配流凸肩2、控制凸肩一3、控制凸肩二31和滑动凸肩4，配流凸肩2、控制凸肩一3、控制凸肩二31和滑动凸肩4均与阀体1的内壁贴靠，配流凸肩2和阀体1之间形成第一压力控制腔25，配流凸肩2和控制凸肩一3之间形成第一回油腔5，控制凸肩一3和控制凸肩二31之间形成压力腔32，控制凸肩二31和滑动凸肩4之间形成第二回油腔51，滑动凸肩4和阀体1之间形成第二压力控制腔41；第一回油腔5和第二回油腔51连通且通过开设在阀体1上的回油通道52与外界连通；阀体1上开有与压力腔32连通的进油口33、分别位于进油口33两侧的第一控制口6和第二控制口61，进油口33通过第一通道28与第一压力控制腔25连通，第一通道28内设有使得油液能从进油口33流向第一压力控制腔25的第一单向阀29，进油口33通过第二通道42与第二压力控制腔41连通，第二通道42内设有使得油液能从进油口33流向第二压力控制腔41的第二单向阀43；控制凸肩一3和控制凸肩二31之间的间距与第一控制口6和第二控制口61之间的间距相同，控制凸肩一3与第一控制口6对齐，控制凸肩二31与第二控制口61对齐，第一控制口6和第二控制口61与一控制油缸连通，控制油缸内具有活塞，第一控制口6和第二控制口61分别与位于活塞两端的油缸连通。

如图1、图2和图3所示，配流凸肩2朝向第一回油腔5的端面上开有环形槽21，配流凸肩2的侧壁上沿阀芯11的轴向设有第一窗口阵列22和第二窗口阵列23，第一窗口阵列22和第二窗口阵列23均由若干呈圆周分布的回油口24组成，第一窗口阵列22中的回油口24相对第二窗口阵列23中的回油口24交错设置，回油口24与环形槽21连通；阀体1上与配流凸肩2相对的侧壁上开有第一导控口26和第二导控口27，第一导控口26通过通道与第一压力控制腔25连通，第二导控口27通过通道与第二压力控制腔41连通，在第一窗口阵列22与第一导控口26对齐时第二导控口27与配流凸肩2上位于第一窗口阵列22和第二窗口阵列23之间的侧壁对齐，在第二窗口阵列23与第二导控口27对齐时第一导控口26与配流凸肩2上位于第一窗口阵列22和第二窗口阵列23之间的侧壁对齐。

如图1、图2和图3所示，第一窗口阵列22中的回油口24沿阀芯11轴向上的宽度和第二窗口阵列23中的回油口24沿阀芯11轴向上的宽度相同，第一导控口26的直径与回油口24的宽度相同，第二导控口27的直径与回油口24的宽度相同；第一窗口阵列22和第二窗口阵列23之间的间距与第一导控口26和第二导控口27之间的间距差等于回油口24沿阀芯11轴向上的宽度。第一窗口阵列22中的回油口24和第二窗口阵列23中的回油口24的个数均为偶数。第一窗口阵列22中的回油口24沿阀芯11轴向上的宽度和第二窗口阵列23中的回油口24沿阀芯11轴向上的宽度均为0.5mm～2mm，作为优选，回油口24的宽度为0.5mm或1.75mm或2mm。配流凸肩2朝向第一压力控制腔25的端面与滑动凸肩4朝向第二压力控制腔41的端面面积相同。

具体工作原理：工作时，电机7带动阀芯11转动，在第二窗口阵列23的回油口24与第二导控口27重叠面积大于第一窗口阵列22的回油口24与第一导控口26的重叠面积大于时，第二压力控制腔41的压力低于第一压力控制腔25的压力，阀芯11受到向第二压力控制腔41一侧的推力并迅速向第二压力控制腔41一侧移动，由于第二窗口阵列23的回油口24和第一窗口阵列22的回油口24是交错设置的，因此移动后第一导控口26和第二导控口27都不与回油口24连通并处于关闭状态，在上述过程中，第一控制口6先与压力腔32连通，第二控制口61先与第二回油腔51连通，在阀芯11移动后，第一控制口6会与第一回油腔5连通，第二控制口61会与压力腔32连通，此时压力腔32内压力较大，油液会从第二控制口61压入油缸，而第一回油腔5内压力较小，因此油缸内的油液从第一控制口6被压入第一回油腔5，从而使得油缸内的活塞向一侧移动；阀芯11继续旋转时，第一窗口阵列22的回油口24与第一导控口26重叠，随着重叠面积增大，第一压力控制腔25的压力迅速下降，第二压力控制腔41的压力迅速增大，使得第一压力控制腔25的压力小于第二压力控制腔41的压力，阀芯11迅速向第一压力控制腔25一侧移动，移动后第一导控口26和第二导控口27都不与回油口24连通并处于关闭状态，在上述过程后，第一控制口6与压力腔32连通，第二控制口61与第二回油腔51连通，此时压力腔32内压力较大，油液会从第一控制口6压入油缸，而第二回油腔51内压力较小，因此油缸内的油液从第二控制口61被压入第二回油腔51，从而使得油缸内的活塞向另一侧移动；通过阀芯11转动使得阀芯11在轴向上前后往复移动，从而使得第一控制口6和第二控制口61与压力腔32交替连通，使得油液能交替从油缸的两端进入并使得活塞做往复运动并产生相应频率的激振力，最终实现方波信号输出，激振频率等于阀芯11转速与第二窗口阵列23包含的回油口24数目的乘积。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种方波激振阀，包括阀体(1)和阀芯(11)，所述阀芯(11)转动连接在阀体(1)内且阀芯(11)的一端穿出阀体(1)，所述阀芯(11)能沿其轴向方向相对阀体(1)滑动，其特征在于，所述阀芯(11)位于阀体(1)内的一段依次设有配流凸肩(2)、控制凸肩一(3)、控制凸肩二(31)和滑动凸肩(4)，所述配流凸肩(2)、控制凸肩一(3)、控制凸肩二(31)和滑动凸肩(4)均与阀体(1)的内壁贴靠，所述配流凸肩(2)和阀体(1)之间形成第一压力控制腔(25)，所述配流凸肩(2)和控制凸肩一(3)之间形成第一回油腔(5)，所述控制凸肩一(3)和控制凸肩二(31)之间形成压力腔(32)，所述控制凸肩二(31)和滑动凸肩(4)之间形成第二回油腔(51)，滑动凸肩(4)和阀体(1)之间形成第二压力控制腔(41)；所述第一回油腔(5)和第二回油腔(51)连通且通过开设在阀体(1)上的回油通道(52)与外界连通；所述阀体(1)上开有与压力腔(32)连通的进油口(33)、分别位于进油口(33)两侧的第一控制口(6)和第二控制口(61)，所述进油口(33)分别与第一压力控制腔(25)和第二压力控制腔(41)连通；所述控制凸肩一(3)与第一控制口(6)对齐，所述控制凸肩二(31)与第二控制口(61)对齐，所述配流凸肩(2)朝向第一回油腔(5)的端面上开有环形槽(21)，所述配流凸肩(2)的侧壁上沿阀芯(11)的轴向设有第一窗口阵列(22)和第二窗口阵列(23)，所述第一窗口阵列(22)和第二窗口阵列(23)均由若干呈圆周分布的回油口(24)组成，所述第一窗口阵列(22)中的回油口(24)相对第二窗口阵列(23)中的回油口(24)交错设置，所述回油口(24)与环形槽(21)连通；所述阀体(1)上与配流凸肩(2)相对的侧壁上开有第一导控口(26)和第二导控口(27)，所述第一导控口(26)通过通道与第一压力控制腔(25)连通，所述第二导控口(27)通过通道与第二压力控制腔(41)连通，在所述第一窗口阵列(22)与第一导控口(26)对齐时第二导控口(27)与配流凸肩(2)上位于第一窗口阵列(22)和第二窗口阵列(23)之间的侧壁对齐，在所述第二窗口阵列(23)与第二导控口(27)对齐时第一导控口(26)与配流凸肩(2)上位于第一窗口阵列(22)和第二窗口阵列(23)之间的侧壁对齐。

2.根据权利要求1所述的方波激振阀，其特征在于，所述控制凸肩一(3)和控制凸肩二(31)之间的间距与第一控制口(6)和第二控制口(61)之间的间距相同。

3.根据权利要求1所述的方波激振阀，其特征在于，所述进油口(33)通过第一通道(28)与第一压力控制腔(25)连通，所述第一通道(28)内设有使得油液能从进油口(33)流向第一压力控制腔(25)的第一单向阀(29)，所述进油口(33)通过第二通道(42)与第二压力控制腔(41)连通，所述第二通道(42)内设有使得油液能从进油口(33)流向第二压力控制腔(41)的第二单向阀(43)。

4.根据权利要求1所述的方波激振阀，其特征在于，所述第一窗口阵列(22)中的回油口(24)沿阀芯(11)轴向上的宽度和第二窗口阵列(23)中的回油口(24)沿阀芯(11)轴向上的宽度相同，所述第一导控口(26)的直径与回油口(24)的宽度相同，所述第二导控口(27)的直径与回油口(24)的宽度相同；所述第一窗口阵列(22)和第二窗口阵列(23)之间的间距与第一导控口(26)和第二导控口(27)之间的间距差等于回油口(24)沿阀芯(11)轴向上的宽度。

5.根据权利要求1所述的方波激振阀，其特征在于，所述第一窗口阵列(22)中的回油口(24)和第二窗口阵列(23)中的回油口(24)的个数均为偶数。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方波激振阀，其特征在于，所述第一窗口阵列(22)中的回油口(24)沿阀芯(11)轴向上的宽度和第二窗口阵列(23)中的回油口(24)沿阀芯(11)轴向上的宽度均为0.5mm～2mm。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方波激振阀，其特征在于，所述配流凸肩(2)朝向第一压力控制腔(25)的端面与滑动凸肩(4)朝向第二压力控制腔(41)的端面面积相同。