CN111365315A - 容错颤振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容错颤振器，包括第一伺服电机、两个主体阀、第二伺服电机，依次啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第四齿轮以及与第四齿轮相啮合的第一齿条和第二齿条，第二伺服电机与第四齿轮相连接。主体阀的阀体上设有进出油口和工作油口；容错颤振器还包括连接器和颤振缸，连接器设有对称的两个工作油口以及颤振油口，连接器的两个工作油口分别连接于两个主体阀的工作油口，连接器的颤振油口连接于颤振器。该颤振器采用双电机驱动以及阀芯阀体直接配合的方式，可以实现颤振功能，且能够在主驱动部分出现故障后，依靠尚能正常工作的驱动部分，继续完成颤振功能。

Description

容错颤振器

技术领域

本发明属于颤振器领域，具体涉及一种容错颤振器。

背景技术

电液颤振器是一种利用电液激振技术产生微幅振动的激振装置。电液颤振器的容错控制，是在驱动部分出现故障后，依靠尚能正常工作的驱动部分，控制颤振缸继续实现颤振功能。其中，颤振控制阀作为电液颤振器的核心元件，其性能及容错控制功能直接决定着电液颤振器的工作性能及容错性能。

现有电液颤振技术主要包括伺服阀控制式电液颤振技术和转阀控制式电液颤振技术。传统采用伺服阀控制的电液颤振技术，受制于伺服阀的结构特点，其工作时的输出频率较低，难以满足高频、微幅和大激振力等特性，使得此类电液颤振器在很多场合都不适用。此外，在伺服阀的驱动部分出现故障后，该电液颤振技术即为失效，不存在容错工作的特性。

现有电液颤振器的转阀控制式，多采用阀芯、阀套、阀体相配合的结构，需加工零部件较多，加工要求较高，也限制着此类电液颤振器的应用。并且此类电液颤振器，无法实现阀芯位置的具体检测，因而不能很好地控制振动波形及振动初始位置，也难以适应一些需要精密控制振动波形的场合。此外，该类转阀控制式电液颤振器在控制阀芯旋转的驱动部分出现故障后，即不能正常工作，也不存在容错工作特性。

由此可见，目前为止尚未有具备容错功能的电液颤振器。即驱动部分出现故障后，电液颤振器即为失效。在没有容错功能的情况下，对于一些不便更换电液颤振装置的大型设备或需要连续长时间工作的场合，若其电液颤振装置的驱动部分故障，则必须停止工作，会造成较大损失。因此，研究具备容错功能的电液颤振装置就显得尤为必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种容错颤振器，该颤振器采用双电机驱动以及阀芯阀体直接配合的方式，可以实现颤振功能，且能够在主驱动部分(即第一伺服电机驱动部分)出现故障后，依靠尚能正常工作的驱动部分(即第二伺服电机驱动部分)，继续完成颤振功能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种容错颤振器，包括第一伺服电机、两个主体阀、第二伺服电机，依次啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第四齿轮以及与所述第四齿轮相啮合的第一齿条和第二齿条，所述第二伺服电机与所述第四齿轮相连接；

其中之一所述主体阀的一端连接于所述第一齿轮，另一端连接于所述第一齿条；另一所述主体阀的一端连接于所述第二齿轮，另一端连接于所述第二齿条；所述第一伺服电机连接于第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮其中之一；以及，

所述主体阀的阀体上设有进出油口和工作油口；所述容错颤振器还包括连接器和颤振缸，所述连接器设有对称的两个工作油口以及颤振油口，所述连接器的两个工作油口分别连接于两个主体阀的工作油口，所述连接器的颤振油口连接于所述颤振器。

一具体实施例中，所述主体阀还包括阀芯、连接轴套和直线滑块，其中之一所述主体阀的阀芯的一端通过连接轴套连接于所述第一齿轮，另一端与连接于所述第一齿条的直线滑块相抵；另一所述主体阀的阀芯的一端通过连接轴套连接于所述第三齿轮，另一端与连接于所述第二齿条的直线滑块相抵。

一具体实施例中，所述阀芯上依次设有第一挡油台肩、工作台肩、第二挡油台肩；所述阀体的内部设有连通所述进出油口与所述阀芯之间、连通所述工作油口和所述阀芯之间的油路。

一具体实施例中，所述工作台肩设有节流阀口，所述节流阀口径向贯穿所述工作台肩。

一具体实施例中，所述阀芯在所述工作台肩和所述第二挡油之间设有容错油口，所述阀芯内部设有连通所述节流阀口和所述容错油口的油路。

一具体实施例中，所述第一挡油台肩朝向所述伺服电机的一侧的所述阀芯上套设有复位弹簧。

一具体实施例中，所述主体阀还包括传感器，所述连接轴套设置有周向检测条码，所述直线滑块设置有轴向检测条码，所述传感器配合周向检测条码和轴向检测条码以检测所述阀芯和所述阀芯的周向及轴向位置。

一具体实施例中，所述传感器为光电传感器。

一具体实施例中，所述周向检测条码包括沿轴线方向延伸的条码宽度依次递增的多个条码；所述轴向检测条码包括沿周向方向的条码宽度依次递增的多个条码。

一具体实施例中，所述阀体内连通所述进出油口的油路的直径和连通所述工作油口的油路的直径等于所述节流阀口沿所述阀芯轴线方向的开口宽度。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的容错颤振器，可以在控制阀芯旋转的第一伺服电机出现故障后，使用第二伺服电机控制阀芯轴向运动继续实现油液控制，能满足某些不便拆装场合对于液压控制设备容错性能的要求。

2、本发明所述的容错颤振器，采用阀体直接与阀芯相配合的方式，使得其转阀结构得到了简化，还减少了需加工零件数，降低了制造成本。

3、本发明所述的容错颤振器，与现有转阀相比，采用了初始零位设计，有效避免了因启动位置不清造成的液压执行元件误启动等相关问题。

4、本发明所述的容错颤振器，通过布置在连接轴套以及直线滑块上的检测条码，可以实现阀芯位置的实时检测，提高了该转阀的控制精度。

附图说明

图1为本发明实施例一种容错颤振器的结构示意图；

图2为阀体的剖视立体图；

图3为阀芯的装配结构图及其爆炸图；

图4为阀芯的主视图、剖视图及部分结构立体图；

图5为阀芯与阀体轴向配合的位置图；

图6为阀芯与阀体周向配合的位置图；

图7为阀芯的初始工作位置图；

图8为连接轴套的立体图；

图9为直线滑块的立体图；

图10为连接器的剖视立体图；

图11为容错颤振器的正常工作位置I；

图12为容错颤振器的正常工作位置II；

图13为容错颤振器的容错工作位置I；

图14为容错颤振器的容错工作位置II；

图15为容错颤振器的容错工作位置III；

图16为容错颤振器的容错工作位置IV。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图16，本发明公开了一种容错颤振器，该容错颤振器包括第一伺服电机11、两个主体阀、第二伺服电机42，依次啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮(统一标记为12，即齿轮副)，第四齿轮41以及与第四齿轮相啮合的第一齿条和第二齿条(统一标记为43)，第二伺服电机42与第四齿轮41相连接。

其中之一主体阀的一端连接于第一齿轮，另一端连接于第一齿条；另一主体阀的一端连接于第二齿轮，另一端连接于第二齿条；第一伺服电机连接于第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮其中之一(图1示出的实施例中第一伺服电机11连接于第一齿轮)。

主体阀的阀体3上设有进出油口313和工作油口314。容错颤振器还包括连接器51和颤振缸52，连接器51设有对称的两个工作油口以及颤振油口，连接器51的两个工作油口分别连接于两个主体阀的工作油口，连接器51的颤振油口连接于颤振器52。

下面以连接于第一齿轮和第一齿条的主体阀为例进行描述(另一主体阀与该主体阀结构相同)，该主体阀包括相互配合的阀芯2和阀体3，采用省略阀套的结构，由阀芯2与阀体3直接配合的装配方式。阀芯2的一端通过连接轴套212连接于第一齿轮，阀芯2的另一端与连接于第一齿条的直线滑块218相抵。此时，第一齿轮、连接轴套、阀芯、直线滑块、第一齿条在同一轴线上。

阀体3设有阀芯安装槽311、通油沟槽312和进出油口313、工作油口314，一具体实施例中，如图2所示，通油沟槽直径D1＝6mm。

一具体实施例中，阀芯2的装配结构如图3所示，具体包括连接轴套212，轴端挡圈213，弹簧套214a、214b，复位弹簧215，推力轴承216，钢球217，以及直线滑块218。阀芯2可通过与阀体3的直接配合(即省略了阀套)，实现相应油路的导通与关闭。连接轴套212与第一齿轮相连接，可将第一伺服电机的扭矩传递至阀芯，进而带动阀芯旋转。直线滑块218与第一齿条相连接，从而第二伺服电机可以带动阀芯轴向移动。复位弹簧215套设于阀芯，可用于阀芯轴向位置的回复，也可用于防止液动力的干扰以保证阀工作过程中的稳定性。

阀芯2上设有连接键槽411，第一挡油台肩412、第二挡油台肩415，工作台肩413，节流阀口414a、容错油口414b。其中，节流阀口414a开设在工作台肩413上并贯穿工作台肩形成通孔，容错油口414b开在工作台肩与第二挡油台肩之间的阀芯上，节流阀口和容错油口之间在阀芯内部设有油路相连通。

阀芯的工作台肩与阀体的通油沟槽的配合结构如图5所示，一具体实施例中，对于所设计阀体上的通油沟槽，其直径D1＝6mm，对于所设计的工作台肩，其结构尺寸均满足如下关系L1＝L3＝8mm>L2＝6mm。依据此配合的结构参数以及阀芯结构可知，当阀芯的工作台肩的节流阀口与阀体的通油沟槽在同一轴向位置时(如图5a所示)，在阀芯旋转过程中，油路即可实现导通与断开相互交替；当阀芯的工作台肩的节流阀口与阀体的通油沟槽在轴向无重合部分时(即如图5b、c所示)，在阀芯旋转过程中，油路一直保持关闭状态(可以此作为该转阀阀芯的轴向初始工作位置)。

同理，阀芯沿周向旋转时，依据阀芯的工作台肩的节流阀口与阀体的通油沟槽的相对位置关系，也可确定阀芯周向旋转的初始位置如图6所示，两个主体阀的阀芯因其联动关系，两个阀芯的节流阀口的开口方向之间呈垂直关系。

在初始工作状态下，为防止因阀芯位置问题而产生的液压执行元件误启动等问题，依据前述阀芯轴向及周向零位，拟定该容错颤振器的初始工作位置如图7所示。开始供油前及结束供油后，依据阀芯位置检测结果，第一伺服电机11、第二伺服电机42将带动两个阀芯移动至如图7所示的位置。此时，阀芯的工作台肩的节流阀口沿轴向及周向均与阀体的通油沟槽无重合部分，阀芯的工作台肩将油路断开，可有效避免液压执行元件误启动等问题，保护液压执行元件。

为了实现阀芯的位置检测，包括轴向位置检测和周向位置检测，在连接轴套及直线滑块上分别布置有可供传感器(例如光电传感器)检测位置的检测条码，如图8、9所示。其中，连接轴套沿周向布置有宽度各异的周向检测条码，可配合传感器实现阀芯的周向位置检测；直线滑块沿轴向布置有宽度各异的轴向检测条码，可配合传感器实现阀芯轴向位置检测。通过两组检测条码，即可实现阀芯位置实时检测。

与颤振缸配合的连接体结构如图10所示，连接器包括工作油口511、513，颤振油口514。连接器内部设有连通工作油口511、513和颤振油口514的通油沟槽512。其中，工作油口511、513分别与阀体的工作油口相连接，颤振油口514与颤振缸相配合，可给颤振缸供油。

针对本发明所述的容错颤振器的正常工作条件和容错工作条件分述如下(在该实施例中，将其中之一主体阀的进出油口记为P，将另一主体阀的进出油口记为T，将连接器的工作油口记为A)：

(1)正常工作条件下，当阀芯处于如图11所示的正常工作位置I时，油液由进出油口P经其中之一主体阀的阀芯的容错油口414b、节流阀口414a，流向颤振缸A；当阀芯处于如图12所示的正常工作位置II时，油液从颤振缸经由工作油口A经另一主体阀的阀芯的节流阀口414a、容错油口414b流向进出油口T。因此，通过第一伺服电机11带动阀芯旋转，即可实现流经颤振缸的油液换向，进而可带动颤振缸工作，产生振动。此外，通过控制阀芯轴向位置，还可调节阀芯的工作台肩的节流阀口与通油沟槽重合面积，进而可以调节流经阀芯的油液流量。

(2)在正常工作条件下，相较于第二伺服电机42，第一伺服电机11的工作时间更长，更易出现故障。当第一伺服电机11产生故障，无法旋转时，第二伺服电机42即可带动两阀芯做直线往复移动，继续实现相应油路的导通与关闭。因第一伺服电机11出现故障时，两阀芯周向位置不明确。因此，按第一伺服电机11出现故障时两阀芯所处位置，可将容错工作控制情形分为三种。

2.1)若第一伺服电机11在正常工作位置I时出现故障

若第一伺服电机11在正常工作位置I时出现故障，则油液继续由进出油口P流经阀芯进而流向颤振缸A(如图11)。第二伺服电机42仅需带动两阀芯轴向移动至如图13所示容错工作位置I，使得油液能够由工作油口A流入，进而流向进出油口T。因此，第二伺服电机42带动两阀芯在正常工作位置I与容错工作位置I之间轴向移动，即可实现油液换向，进而能够产生振动。

2.2)若第一伺服电机11在正常工作位置II时出现故障

若第一伺服电机11在正常工作位置II时出现故障，则油液继续由从颤振缸流入工作油口A进而流向进出油口T。第二伺服电机42仅需带动两阀芯轴向移动至如图14所示容错工作位置II，使得油液能够由进出油口P流向工作油口A至颤振缸。因此，第二伺服电机42带动两阀芯在正常工作位置II与容错工作位置II之间轴向移动，即可实现油液换向，进而能够产生振动。

2.3)若第一伺服电机11在两阀芯均处于关闭位置时出现故障

若第一伺服电机11在两阀芯均处于关闭位置时出现故障，则第二伺服电机41需带动两阀芯分别移动至如图15、16所示容错工作位置III与容错工作位置IV。其中，位于容错工作位置III时，油液可由进出油口P流向工作油口A至颤振缸；位于容错工作位置IV时，油液可由颤振缸流入工作油口A，进而流向进出油口T。因此，第二伺服电机42带动两阀芯在容错工作位置III与容错工作位置IV之间轴向移动，即可实现油液换向，进而可以产生振动。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (10)

1.一种容错颤振器，其特征在于，所述容错颤振器包括第一伺服电机、两个主体阀、第二伺服电机，依次啮合的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第四齿轮以及与所述第四齿轮相啮合的第一齿条和第二齿条，所述第二伺服电机与所述第四齿轮相连接；

其中之一所述主体阀的一端连接于所述第一齿轮，另一端连接于所述第一齿条；另一所述主体阀的一端连接于所述第二齿轮，另一端连接于所述第二齿条；所述第一伺服电机连接于第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮其中之一；以及，

所述主体阀的阀体上设有进出油口和工作油口；所述容错颤振器还包括连接器和颤振缸，所述连接器设有对称的两个工作油口以及颤振油口，所述连接器的两个工作油口分别连接于两个主体阀的工作油口，所述连接器的颤振油口连接于所述颤振器。

2.如权利要求1所述的容错颤振器，其特征在于，所述主体阀还包括阀芯、连接轴套和直线滑块，其中之一所述主体阀的阀芯的一端通过连接轴套连接于所述第一齿轮，另一端与连接于所述第一齿条的直线滑块相抵；另一所述主体阀的阀芯的一端通过连接轴套连接于所述第三齿轮，另一端与连接于所述第二齿条的直线滑块相抵。

3.如权利要求2所述的容错颤振器，其特征在于，所述阀芯上依次设有第一挡油台肩、工作台肩、第二挡油台肩；所述阀体的内部设有连通所述进出油口与所述阀芯之间、连通所述工作油口和所述阀芯之间的油路。

4.如权利要求3所述的容错颤振器，其特征在于，所述工作台肩设有节流阀口，所述节流阀口径向贯穿所述工作台肩。

5.如权利要求4所述的容错颤振器，其特征在于，所述阀芯在所述工作台肩和所述第二挡油之间设有容错油口，所述阀芯内部设有连通所述节流阀口和所述容错油口的油路。

6.如权利要求3所述的容错颤振器，其特征在于，所述第一挡油台肩朝向所述伺服电机的一侧的所述阀芯上套设有复位弹簧。

7.如权利要求2所述的容错颤振器，其特征在于，所述主体阀还包括传感器，所述连接轴套设置有周向检测条码，所述直线滑块设置有轴向检测条码，所述传感器配合周向检测条码和轴向检测条码以检测所述阀芯和所述阀芯的周向及轴向位置。

8.如权利要求7所述的容错颤振器，其特征在于，所述传感器为光电传感器。

9.如权利要求7或8所述的容错颤振器，其特征在于，所述周向检测条码包括沿轴线方向延伸的条码宽度依次递增的多个条码；所述轴向检测条码包括沿周向方向的条码宽度依次递增的多个条码。

10.如权利要求3所述的容错颤振器，其特征在于，所述阀体内连通所述进出油口的油路的直径和连通所述工作油口的油路的直径等于所述节流阀口沿所述阀芯轴线方向的开口宽度。

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