CN113916476A - 一种人字齿式激振力连续可调的激振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人字齿式激振力连续可调的激振装置，激振装置包括激振部分，激振部分包括可调偏心块、第一固定偏心块、第二固定偏心块、左旋同步斜齿轮、右旋同步斜齿轮、调整人字齿轮；左旋同步斜齿轮与可调偏心块连接，右旋同步斜齿轮与第一固定偏心块连接，左旋同步斜齿轮和右旋同步斜齿轮分别与调整人字齿轮相啮合，通过调整人字齿轮的轴向移动带动左、右旋同步斜齿轮发生相反方向的转动进而使可调偏心块和第一固定偏心块发生相反方向的转动，从而调整可调偏心块与第一固定偏心块之间的夹角以调整激振装置的偏心距和激振力。本发明能够精确连续可调整激振器激振力，以满足不同大小激振要求，同时使用寿命长，对于大激振力情况安全稳定可靠。

Description

一种人字齿式激振力连续可调的激振装置

技术领域

本发明涉及机械零部件疲劳试验装置与制造技术，特别涉及一种用于全尺寸管道共振弯曲疲劳试验的人字齿式激振力连续可调的激振装置。

背景技术

随着我国对海洋资源的开发和利用，海底管道的使用寿命日益被工程师所看重，能够合理的评估管道的使用寿命对于海洋资源的开发和降低海洋污染有着十分重要的作用。如今管道的使用寿命除了理论方法外，还有相应的实验设备，其中就是全尺寸管道共振弯曲疲劳试验机，其具有能耗低，使用方便，试验速度快的优点，能够有效的对管道的疲劳寿命进行试验评估。

惯性激振器是全尺寸管道共振弯曲疲劳试验机的重要部分。为了对不同管径及长度的管道进行试验，需要激振器提供不同频率和大小的激振力。对激振器的研究和应用可最早以追溯到20世纪，其中机械式激振器(惯性激振器)出现的时间最早，其发展过程在20世纪40年代之前。由于当时技术的局限性，最初研制的机械式激振器多数采用的是摇杆机构，机构比较简单。

随着科技的不断进步，人们对激振器的性能要求越来越严格，这就促使对激振器不断地进行优化和完善来满足工作要求。惯性激振器分为单轴，双轴和多轴式。单轴惯性激振器是一种用途广泛的激振装置，多用于向振动机械提供激振力，实现对物料的输送、筛分、密实、成型和路基加固等作业。一般的单轴惯性激振器调节偏心距和激振力的方式主要是通过改变偏心块的质量或者改变两个偏心块夹角来改变偏心距和激振力，这种方式简单可靠，但必须在激振器停止的情况下来操作，且改变偏心块夹角通常是分度式的方式来进行改变，无法连续调节。为了实现激振器偏心距在运转状态下的连续调节，德国，苏联，日本等国家在上个世纪进行了许多研究，并取得不少成果专利，但这些装置结构复杂，中间环节多，激振器容易出现故障。

比利时根特大学的Soete实验室研制出了全尺寸管道共振弯曲疲劳试验机采用的是两个扇形块调整偏心激振力，但是在实际应用过程中，偏心块的夹角是通过不同位置的螺栓孔错位连接，激振力不能连续可调，在设备启动时，振动情况较大，对设备的维修保养带来一定的困难。刘学飞设计了一种通过改变偏心块的径向位置来调整偏心距的连续可调惯性激振器，激振器内部装有步进电机驱动滚珠丝杠来调整偏心块的径向位置来达到连续调偏心距的目的。但是该方法考虑到大尺寸管道所需激振力较大时，该装置中的偏心块安装于丝杠中对装置的材料要求较高，不适用于较大激振力情况，并且需要采用通电滑环给步进电机供电，易于损坏，振动环境下可接触性较差。针对目前存在的适用于管道到共振弯曲疲劳试验机的激振器普遍存在偏心力不能连续调节，激振器启动时设备振动剧烈，不能满足较大激振力的情况，给设备保养维护带来困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于全尺寸管道共振弯曲疲劳试验的人字齿式激振力连续可调的激振装置，能够精确连续可调整激振器激振力，以满足不同大小激振要求，同时使用寿命长，对于大激振力情况安全稳定可靠。

本发明所采用的技术方案是：一种人字齿式激振力连续可调的激振装置，所述激振装置包括激振部分，所述激振部分包括：

激振器壳体，所述激振器壳体的前端面中心设置有第一安装孔，所述激振器壳体的后端设置有激振器端盖，所述激振器端盖的中心设置有第二安装孔；

主轴，所述主轴设置在所述激振器壳体的中心，所述主轴的前端通过第一轴承与所述激振器壳体的所述第一安装孔配合连接，所述主轴的后端通过第二轴承与所述激振器端盖的第二安装孔配合连接；

可调偏心块，所述可调偏心块套设在所述主轴上并与所述主轴之间为间隙配合；

第一固定偏心块和第二固定偏心块，所述第一固定偏心块和所述第二固定偏心块均连接在所述主轴上以能与所述主轴同步旋转；所述第一固定偏心块和所述第二固定偏心块分别设置在所述可调偏心块的两侧；

左旋同步斜齿轮和右旋同步斜齿轮，所述左旋同步斜齿轮和所述右旋同步斜齿轮均套设在所述主轴上并与所述主轴之间为间隙配合，并且，所述左旋同步斜齿轮和所述右旋同步斜齿轮均设置有限位件以限制所述左旋同步斜齿轮和所述右旋同步斜齿轮的轴向运动；所述左旋同步斜齿轮与所述可调偏心块连接以能与所述可调偏心块同步旋转；所述右旋同步斜齿轮与所述第一固定偏心块连接以能与所述第一固定偏心块同步旋转；

调整人字齿轮，所述调整人字齿轮的轮齿为由左旋轮齿和右旋轮齿组成的人字轮齿，所述左旋同步斜齿轮与所述调整人字齿轮的右旋轮齿部分相啮合，所述右旋同步斜齿轮与所述调整人字齿轮的左旋轮齿部分相啮合；以及

液压驱动装置，所述液压驱动装置用于驱动所述调整人字齿轮沿所述主轴的轴向移动，通过所述调整人字齿轮的轴向移动带动所述左旋同步斜齿轮和所述右旋同步斜齿轮发生相反方向的转动进而使与所述左旋同步斜齿轮连接的所述可调偏心块和与所述右旋同步斜齿轮连接的所述第一固定偏心块发生相反方向的转动，从而调整所述可调偏心块与所述第一固定偏心块之间的夹角以调整所述激振装置的偏心距和激振力。

进一步地，所述液压驱动装置包括：

液压缸，所述调整人字齿轮套设在所述液压缸的外部并与所述液压缸同轴布置，并且，所述调整人字齿轮与所述液压缸之间通过第三轴承配合连接以使所述调整人字齿轮与所述液压缸之间能发生相对转动；以及

活塞杆，所述活塞杆与所述主轴的轴向平行布置并固定在所述激振器壳体上，所述活塞杆包括活塞和设置在所述活塞两侧的第一杆体和第二杆体，所述活塞设置在所述液压缸的内部并与所述液压缸的内壁滑动配合，所述活塞将所述液压缸的内部腔体分为左腔体和右腔体，所述第一杆体和所述第二杆体分别延伸至所述液压缸外，通过向所述左腔体或所述右腔体注油从而控制所述液压缸沿所述主轴轴向的移动，进而控制所述调整人字齿轮沿所述主轴轴向的移动。

进一步地，所述液压驱动装置设置有液压锁紧回路，所述液压锁紧回路包括液压锁、液压泵、溢流阀、换向阀油箱、油箱，其中，所述液压锁包括第一单向阀、第二单向阀和三位四通电磁换向阀；

其中，所述第一单向阀设置有三个油口，分别为A油口、B油口和X油口；所述第二单向阀设置有三个油口，分别为A’油口、B’油口和X’油口；所述三位四通电磁换向阀设置有四个端子，分别为a端子、b端子、c端子和d端子；

其中，所述三位四通电磁换向阀的a油口分为两路，分别为第一油路和第一控制油路，所述第一油路连接至所述第一单向阀的A油口，所述第一控制油路连接至所述第二单向阀的X’油口；所述三位四通电磁换向阀的b油口分为两路，分别为第二油路和第二控制油路，所述第二油路连接至所述第二单向阀的A’油口，所述第二控制油路连接至所述第一单向阀的X油口；所述三位四通电磁换向阀的c油口分为两路，分别连接所述液压泵和所述溢流阀，所述液压泵的另一端和所述溢流阀的另一端连接至所述油箱；所述三位四通电磁换向阀的d油口连接所述换向阀油箱；所述第一单向阀的B油口连接至所述第一杆体上的油孔，所述第二单向阀的B’油口连接至所述第二杆体上的油孔。

进一步地，所述液压驱动装置还包括磁栅式传感器，用于测量所述调整人字齿轮的轴向位移。

进一步地，所述激振装置还包括夹紧套筒部分，所述夹紧套筒部分包括：

夹具壳体，所述夹具壳体呈圆筒状结构，所述夹具壳体固定在所述激振器壳体的前端面上，并与所述主轴同轴布置，以及

多个夹紧机构，所述多个夹紧机构设置在所述夹具壳体上，并沿所述夹具壳体的周向间隔布置，用于夹紧试验管道。

进一步地，所述夹紧机构包括：

朝向所述夹具壳体内部敞开的楔形槽，所述楔形槽包括与所述夹具壳体径向平行延伸的端面、与所述夹具壳体轴向呈一角度布置的斜面和两个相对的侧面；

设置在所述楔形槽内并能沿所述楔形槽的斜面滑动的楔形块，所述楔形块与所述楔形槽接触的一面为与所述楔形槽的斜面相配合的倾斜面，所述楔形块与所述倾斜面相对的一面为与所述夹具壳体轴向平行的平面；以及

锁紧装置，所述楔形块在所述锁紧装置的作用下沿所述楔形槽的斜面滑动从而夹紧试验管道。

进一步地，所述锁紧装置包括：

第一螺钉，所述楔形槽的端面上设置有与所述第一螺钉配合的螺纹孔，所述第一螺钉通过螺纹连接在所述楔形槽的端面上，所述第一螺钉的端部伸入至所述楔形槽内与所述楔形块相接触，通过转动所述第一螺钉从而使得所述第一螺钉发生沿所述夹具壳体轴向的移动，进而推动所述楔形块沿所述楔形槽的斜面滑动，使得所述楔形块在发生沿所述夹具壳体轴向移动的同时，发生沿所述夹具壳体径向的移动，从而使得所述楔形块能夹紧试验管道；

锁紧螺母，所述锁紧螺母通过螺纹连接在所述第一螺钉的螺杆上，并位于所述楔形槽的外部，在所述楔形块夹紧试验管道后，通过拧紧所述锁紧螺母对所述楔形块进行限位；以及

弹簧垫圈，所述弹簧垫圈设置在所述第一螺钉的螺杆上，并位于所述锁紧螺母与所述楔形槽的端面之间。

进一步地，所述夹紧机构还包括压块，所述压块固定在所述楔形块的平面上。

本发明的有益效果是：采用传统的扇形偏心块旋转产生偏心力的方法，能够产生较大的激振力，以满足大尺寸管道共振弯曲疲劳试验的需求；采用液压驱动方式，结构成熟，工作稳定，同时液压活塞杆移动连续使得偏心块夹角可以连续可调，从而激振力可以连续稳定可调；激振器整体结构紧凑，工作稳定。

附图说明

图1：本发明激振部分的原理图；

图2：本发明夹紧套筒部分的原理图；

图3：本发明控制系统原理图；

图4：本发明激振装置半剖视图；

图5：本发明激振装置俯视图；

图6：本发明激振装置左视图；

图7：本发明液压锁紧回路示意图；

附图标注：1.夹具壳体、2.第一螺钉、3.锁紧螺母、4.弹簧垫圈、5.压块、6.楔形块、7.第二螺钉、8.第四螺钉、9.第八螺钉、10.激振器壳体、11.第三圆螺母、12.第三止动垫圈、13.活塞杆、14.第二圆螺母、15.第二止动垫圈、16.第三轴承、17.调整齿轮套筒、18.导向套锁紧环、19.导向套、20、液压缸、21.调整人字齿轮、22.第一固定偏心块、23.第七螺钉、24.第一键、25.右旋同步斜齿轮、26.第二挡圈、27.可调偏心块、28.左旋同步斜齿轮、29.第二键、30.第五螺钉、31.激振器端盖、32.第一挡圈、33.第二轴承、34.第一止动垫圈、35.第一圆螺母、36.第二轴承端盖、37.迷宫式密封环、38.主轴、39.紧定螺钉、40.第六螺钉、41.第二调整垫片、42.第三调整垫片、43.轴承座、44.第一轴承端盖、45.第一调整垫片、46.轴用弹性挡圈、47.第一轴承、48.孔用弹性挡圈、49、磁栅式传感器磁条、50、磁栅式传感器磁头、51.第二固定偏心块、52.第三螺钉、53.电机、54.第一单向阀、55.第二单向阀、56.三位四通电磁换向阀、57.液压泵、58.溢流阀、59.换向阀油箱、60.油箱。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本发明为管道共振旋转弯曲疲劳试验提供了一种激振力可以调节的惯性激振装置，主要由两部分组成，加紧套筒部分和激振部分。加紧套筒部分的功能是连接加紧管道，在共振弯曲过程中，保证管道不发生转动。激振部分的功能是产生共振弯曲所需要的激振力。

本发明的原理方案是采用两块扇形回转质量作为激振偏心块(这里指第一固定偏心块22和可调偏心块27，第二固定偏心块51起到对可调偏心块27偏心质量的平衡作用，固定在主轴38上，与第一固定偏心块22同步转动)，激振块回转轴与激振装置回转轴重合，即，第一固定偏心块22和可调偏心块27均安装于主轴38上，第一固定偏心块22与主轴38固定连接，置于右旋同步斜齿轮25上，可调偏心块27置于左旋同步斜齿轮28上，可以自由旋转。激振装置设置双作用液压缸20和调整人字齿轮21，通过液压驱动调整人字齿轮21沿着主轴38移动，使得第一固定偏心块22和可调偏心块27之间发生夹角偏移，再根据矢量合成原理，两块偏心块偏心距为两个独立矢量，整体偏心块为其合矢量，当偏心块夹角发生改变时，矢量大小发生改变，达到调节偏心距的目的，通过连续控制调整人字齿轮21的轴向移动，从而连续控制第一固定偏心块22和可调偏心块27之间的夹角，可实现激振装置的偏心距和激振力连续调节与控制的要求。楔形块6结构将第一螺钉2的沿管道轴线方向上的移动转化为楔形块6的沿管道径向方向上的移动，通过两组共六个楔形块6的协同移动达到夹紧管道的目的。尽管通过控制楔形块6夹角和斜面的摩擦因数可以达到夹具的自锁，但出于进一步的安全考虑，依然设置了弹簧垫圈4和锁紧螺母3来保证夹紧的可靠性。设置两组楔形块6分布在加紧套筒部分的两层是为了夹紧的稳定性，在实验过程中，激振装置与管道发生共振，加紧套筒部分处于周期性的交变载荷下，对夹紧的稳定性要求很高。

本发明所提出的激振部分调整原理如图1所示，以左右螺旋杆类比，当左右螺旋杆作轴向移动时，若保持杆上的左右旋螺母轴向位置不变，则两个螺母会以相反的方向旋转。同样的，一对左旋同步斜齿轮28、右旋同步斜齿轮25同时与同一个调整人字齿轮21相啮合，当调整人字齿轮21在液压驱动装置的驱动下作轴向运动而与之啮合的左旋同步斜齿轮28、右旋同步斜齿轮25轴向位置保持不变时，左旋同步斜齿轮28、右旋同步斜齿轮25因调整人字齿轮21轴向移动而转动的方向是相反的，于是便造成了左旋同步斜齿轮28、右旋同步斜齿轮25之间夹角的变化。同时右旋同步斜齿轮25与第一固定偏心块22相连接，与主轴38一同旋转，而左旋同步斜齿轮28与中间的可调偏心块27相连接，它们的旋转是由调整人字齿轮21驱动而非主轴38，如此便实现了第一固定偏心块22与可调偏心块27之间夹角的变化，达到调整激振装置的偏心距和激振力的目的。左旋同步斜齿轮28和右旋同步斜齿轮25为同步齿轮，调整人字齿轮21为调整齿轮。调整人字齿轮21通过调整齿轮套筒17和两对角接触球轴承固定在内部液压缸20的导向套19上，轴承内圈通过第二圆螺母14和第二止动垫圈15作轴向固定，轴承外圈通过调整齿轮套筒17作轴向固定。液压缸20形式为双出杆油缸，活塞杆13与激振器壳体10固定，活塞杆13内部为油孔，油液通过油孔进入液压缸20，控制液压缸20的轴向移动进而控制调整人字齿轮21的轴向移动，液压锁紧回路如图7所示，回路中安装有液压锁，用于锁紧液压缸20。

本发明第一固定偏心块22、第二固定偏心块51与可调偏心块27形状相同，第一固定偏心块22与第二固定偏心块51的厚度相同，可调偏心块27的厚度为固定偏心块(第一固定偏心块22和第二固定偏心块51统称为固定偏心块)的两倍，则三个偏心块所产生的离心合力F_H为：

其中，f为激振频率，m_p为三个偏心块的总质量，e为偏心块的偏心距(三个偏心块的偏心距均相同)，θ为固定偏心块与可调偏心块27之间的夹角(激振装置工作过程中，第一固定偏心块22与第二固定偏心块51之间的夹角始终不变)。

设初始状态时固定偏心块与可调偏心块27之间的夹角为0度，调整人字齿轮21轴向移动距离为x，经过几何分析可以得到：

其中，β为调整人字齿轮21的螺旋角，d₂为同步斜齿轮(左旋同步斜齿轮28和右旋同步斜齿轮25尺寸、齿数和法向模数均相同，统称为同步斜齿轮)的分度圆直径，又有：

其中，z₂为同步斜齿轮的齿数，m_n为同步斜齿轮的法向模数。

联合以上两公式得到偏心块夹角与调整人字齿轮21轴向移动长度的关系：

由以上可知，当偏心块夹角为零时，相同的频率下激振装置能产生最大的激振力，当偏心块夹角为180度时，激振力为0。

本发明所提出的夹紧套筒部分调整原理如图2所示。激振部分所产生的激振力是通过夹具传递到管道上的，然后引起管道的共振，因此必须保证夹具的可靠性，但同时也应当尽量使装卸过程相对方便，本发明提出的楔形块6夹紧方式简单快捷，并且只要能够满足自锁条件，其夹紧可靠性也可以满足要求，第一螺钉2的x向即轴向移动使得楔形块6轴向移动，同时楔形块6在斜面的作用下作r向移动即径向移动，从而达到夹紧管道的目的。

本发明激振装置控制原理如图3所示，根据试验要求的目标应力，计算出理论电机53转速和理论偏心块夹角，液压油推动液压缸20轴向运动进而带动调整人字齿轮21轴向移动，与调整人字齿轮21啮合的左旋同步斜齿轮28和右旋同步斜齿轮25转动，从而使得可调偏心块27与第一固定偏心块22发生转动，以调整偏心块夹角，启动电机53，电机53转动带动激振装置转动，主轴38带动第一固定偏心块22同步转动，第一固定偏心块22带动右旋同步斜齿轮25同步转动，右旋同步斜齿轮25通过调整人字齿轮21带动左旋同步斜齿轮28发生与所述右旋同步斜齿轮25相同的转动，进而带动可调偏心块27发生与第一固定偏心块22相同的转动，再通过试验应力测量，计算出试验与目标偏差，如果应力偏差大于要求误差值，反馈调整电机53转速和偏心块夹角，调整过程中，调整人字齿轮21做轴向运动，使得左旋同步斜齿轮28和右旋同步斜齿轮25产生方向相反的运动，电机53转动的同时，带动主轴38转动，第一固定偏心块22受到主轴38转动和调整人字齿轮21轴向运动带动的相对转动两个运动，在两个运动的合成下转动，可调偏心块27受到主轴38转动通过齿轮啮合传递的转动(和主轴38转动相同)和调整人字齿轮21轴向运动带动的相对转动两个运动，在两个运动的合成下转动，调整人字齿轮21轴向运动带动可调偏心块27和第一固定偏心块22是两个方向相反的转动，所以可调偏心块27和第一固定偏心块22实际合成运动大小不一致，从而产生相对运动，进而调整偏心块夹角，与此同时，主轴38一方面受到电机53赋予的转动，另一方面受到调整人字齿轮21轴向运动时带动第一固定偏心块22转动而赋予主轴28的转动，主轴38在上述两个转动的合成下转动；此外，由于液压回路的自锁效应，调整人字齿轮21仅受到液压的驱动下才会运动从而保证可调偏心块27与第一固定偏心块22仅在液压驱动下才会有相对转动，当调整人字齿轮21不再轴向运动时可调偏心块27与第一固定偏心块22不会发生相对转动从而固定偏心块夹角，此时，主轴38仅在电机53的作用下转动。进一步测量试验应力，直到试验应力与目标应力小于要求误差值，保持偏心块夹角不变和电机53转速稳定。

本发明激振装置具体结构结合图4，图5及图6详细说明。

所述夹紧套筒部分包括夹具壳体1和多个夹紧机构。所述夹具壳体1整体呈圆筒状结构，通过第八螺钉9固定在所述激振器壳体10的前端面上，与所述激振部分的主轴38同轴布置。所述多个夹紧机构设置在所述夹具壳体1上，并沿所述夹具壳体1的周向间隔布置，用于夹紧试验管道。设位于同一圆周上的夹紧机构为一组，沿所述夹具壳体1轴向可间隔设置多组夹紧机构，本实施例中，共设两组夹紧机构。

所述夹紧机构包括楔形槽、楔形块6、压块5、锁紧装置(包括第一螺钉2、锁紧螺母3、弹簧垫圈4)、第二螺钉7和第三螺钉52。所述楔形槽朝向所述夹具壳体1内部敞开，包括与所述夹具壳体1径向平行延伸的端面、与所述夹具壳体1轴向呈一角度布置的斜面和两个相对的侧面。所述楔形块6设置在所述楔形槽内并能沿所述楔形槽的斜面滑动，所述楔形块6与所述楔形槽接触的一面为与所述楔形槽的斜面相配合的倾斜面，所述楔形块6与所述倾斜面相对的一面为与所述夹具壳体1轴向平行的平面。所述压块5通过第二螺钉7固定在所述楔形块6的平面上。所述锁紧装置包括第一螺钉2、锁紧螺母3和弹簧垫圈4；所述楔形槽的端面上设置有与所述第一螺钉2配合的螺纹孔，所述第一螺钉2通过螺纹连接在所述楔形槽的端面上，所述第一螺钉2的端部伸入至所述楔形槽内与所述楔形块6相接触，通过转动所述第一螺钉2从而使得所述第一螺钉2发生沿所述主轴38轴向的移动，进而推动所述楔形块6沿所述楔形槽的斜面滑动，使得所述楔形块6在发生沿所述夹具壳体1轴向移动的同时，发生沿所述夹具壳体1径向的移动，从而使得固定于所述楔形平面上的所述压块5与试验管道接触，从而使得试验管道与夹紧套筒夹紧固定；所述锁紧螺母3通过螺纹连接在所述第一螺钉2的螺杆上，并位于所述楔形槽的外部，在所述楔形块6夹紧试验管道后，通过拧紧所述锁紧螺母3对所述楔形块6进行限位；所述弹簧垫圈4设置在所述第一螺钉2的螺杆上，并位于所述锁紧螺母3与所述楔形槽的端面之间。在所述楔形块6夹紧试验管道后，可在所述楔形槽的侧面位置安装第三螺钉52，固定所述楔形块6和所述楔形槽。

所述激振部分包括激振器壳体10、第三圆螺母11、第三止动垫圈12、调整人字齿轮21、左固定偏心块、第七螺钉23、第一键24、右旋同步斜齿轮25、第二挡圈26、可调偏心块27、左旋同步斜齿轮28、第二键29、第五螺钉30、激振器端盖31、第一挡圈32、第二轴承33、第一止动垫圈34、第一圆螺母35、第二轴承端盖36、迷宫式密封环37、主轴38、紧定螺钉39、第六螺钉40、第二调整垫片41、第三调整垫片42、轴承座43、第一轴承端盖44、第一调整垫片45、轴用弹性挡圈46、第一轴承47、孔用弹性挡圈48、右固定偏心块、液压驱动装置(包括液压缸20、活塞杆13、第三轴承16、调整齿轮套筒17、导向套锁紧环18、导向套19、第二圆螺母14、第二止动垫圈15和磁栅式传感器，其中，磁栅式传感器包括磁栅式传感器磁条49和磁栅式传感器磁头50)。

所述激振器壳体10的前端面中心设置有第一安装孔，所述第一轴承端盖44安装在所述第一安装孔位置、并通过第四螺钉8固定在所述激振器壳体10的前端面上，所述第一轴承端盖44与所述激振器壳体10的连接处设置有第一调整垫片45。所述激振器端盖31通过第五螺钉30固定在所述激振器壳体10的后端上，所述激振器端盖31的中心设置有第二安装孔。所述主轴38设置在所述激振器壳体10的中心，所述主轴38的前端通过第一轴承47与所述激振器壳体10的所述第一安装孔配合连接，所述主轴38的后端通过第二轴承33与所述激振器端盖31的第二安装孔配合连接，并且，所述主轴38的后端延伸至所述激振器端盖31外以便于所述主轴38与电机53连接。所述第一轴承47采用圆柱滚子轴承，所述第一轴承47的内圈与所述主轴38连接、外圈与所述第一安装孔的内圈连接，所述第一轴承47的两侧分别设置有轴用弹性挡圈46和孔用弹性挡圈48，用于限制所述第一轴承47的轴向运动，所述轴用弹性挡圈46安装于所述主轴38上、所述孔用弹性挡圈48安装于所述第一安装孔上。所述第二轴承33采用圆锥滚子轴承，所述第二轴承33的内圈与所述主轴38连接、外圈与所述轴承座43连接，所述轴承座43安装于所述第二安装孔内，所述轴承座43与所述激振器端盖31的接触处设置有第二调整垫片41；所述主轴38上设置有限制所述第二轴承33轴向位移的第一圆螺母35，所述第一圆螺母35与所述第二轴承33之间设置有第一止动垫圈34。所述第二轴承端盖36套设在所述主轴38上并与所述主轴38之间为间隙配合，所述第二轴承端盖36通过第六螺钉40固定在所述激振器端盖31上，所述第二轴承端盖36与所述轴承座43的接触处设置有第三调整垫片42。所述迷宫式密封环37套设在所述主轴38上，并通过紧定螺钉39固定在所述第二轴承端盖36上，对所述第二轴承端盖36与主轴38直接进行密封，防止灰尘。

安装在所述主轴38上的偏心块共三块，其中固定偏心块两块，分别为第一固定偏心块22和第二固定偏心块51，可调偏心块27一块，所述第一固定偏心块22和所述第二固定偏心块51分别设置在所述可调偏心块27的两侧。所述第一固定偏心块22和所述第二固定偏心块51分别通过第一键24和第二键29连接在所述主轴38上以能与所述主轴38同步旋转，所述第二固定偏心块51背离所述第一固定偏心块22的一侧设置有第一挡圈32，所述第一挡圈32安装在所述主轴38上，用于限制所述第二固定偏心块51的轴向运动；所述可调偏心块27套设在所述主轴38上并与所述主轴38之间为间隙配合。所述左旋同步斜齿轮28和所述右旋同步斜齿轮25均套设在所述主轴38上并与所述主轴38之间为间隙配合。所述左旋同步斜齿轮28设置在所述可调偏心块27和所述第二固定偏心块51之间，并且，所述左旋同步斜齿轮28通过沉头螺钉与所述可调偏心块27连接以能与所述可调偏心块27同步旋转；所述右旋同步斜齿设置在所述第一固定偏心块22和所述可调偏心块27之间，并且，所述右旋同步斜齿通过第七螺钉23与所述第一固定偏心块22连接以能与所述第一固定偏心块22同步旋转；所述左旋同步斜齿轮28背离所述可调偏心块27的一侧以及所述右旋同步斜齿轮25背离所述第一固定偏心块22的一侧均设置有第二挡圈26，用于限制所述左旋同步斜齿轮28和所述右旋同步斜齿轮25的轴向运动。所述调整人字齿轮21的轮齿为由左旋轮齿和右旋轮齿组成的人字轮齿，所述左旋同步斜齿轮28与所述调整人字齿轮21的右旋轮齿部分相啮合，所述右旋同步斜齿轮25与所述调整人字齿轮21的左旋轮齿部分相啮合，所述左旋同步斜齿轮28和所述右旋同步斜齿轮25通过所述调整人字齿轮21传动。

所述液压驱动装置用于驱动所述调整人字齿轮21沿所述主轴38的轴向移动。所述液压驱动装置包括液压缸20、活塞杆13、第三轴承16、调整齿轮套筒17、导向套锁紧环18、导向套19、第二圆螺母14、第二止动垫圈15和磁栅式传感器(包括磁栅式传感器磁条49和磁栅式传感器磁头50)。所述活塞杆13与所述主轴38的轴向平行布置并固定在所述激振器壳体10上，所述活塞杆13的前端延伸至所述激振器壳体10的前端面外，并通过第三圆螺母11紧固，所述第三圆螺母11与所述激振器壳体10的连接处设置有第三止动垫圈12。所述活塞杆13包括活塞和设置在所述活塞两侧的第一杆体和第二杆体，所述活塞设置在所述液压缸20的内部并与所述液压缸20的内壁滑动配合，所述活塞将所述液压缸20的内部腔体分为左腔体和右腔体，所述第一杆体和所述第二杆体分别延伸至所述液压缸20外。所述液压缸20的两端部均设置有导向套19，所述导向套19的内圈与所述第一杆体(第二杆体)滑动配合、外圈安装有第三轴承16，所述第三轴承16的两侧分别安装有第二圆螺母14和导向套锁紧环18，所述第二圆螺母14与所述第三轴承16之间设置有第二止动垫圈15，通过所述第三轴承16和第二止动垫圈15限制所述第三轴承16的轴向位移。所述第三轴承16采用角接触球轴承，所述第三轴承16的内圈与所述导向套19连接、外圈与所述调整齿轮套筒17连接，所述调整人字齿轮21套设在所述液压缸20的外部并与所述液压缸20同轴布置，并且，所述调整人字齿轮21的两端部均连接在所述调整齿轮套筒17上，通过所述第三轴承16使得所述调整人字齿轮21与所述液压缸20之间能发生相对转动。所述磁栅式传感器用于测量所述调整人字齿轮21的轴向位移，包括磁栅式传感器磁条49和磁栅式传感器磁头50，所述磁栅式传感器磁条49设置在所述液压缸20的内壁并与所述液压缸20的轴向平行布置，所述磁栅式传感器磁头50设置在所述活塞杆13的活塞上。通过向所述左腔体或所述右腔体注油从而控制所述液压缸20沿所述主轴38轴向的移动，进而控制所述调整人字齿轮21沿所述主轴38轴向的移动，通过所述调整人字齿轮21的轴向移动带动所述左旋同步斜齿轮28和所述右旋同步斜齿轮25发生相反方向的转动进而使与所述左旋同步斜齿轮28连接的所述可调偏心块27和与所述右旋同步斜齿轮25连接的所述第一固定偏心块22发生相反方向的转动，从而调整所述可调偏心块27与所述第一固定偏心块22之间的夹角以调整所述激振装置的偏心距和激振力。

所述液压驱动装置还设置有液压锁紧回路，所述液压锁紧回路包括液压锁、液压泵57、溢流阀58、换向阀油箱59、油箱60。其中，所述液压锁用于锁紧所述液压缸20，包括第一单向阀54、第二单向阀55和三位四通电磁换向阀56。其中，所述第一单向阀54设置有三个油口，分别为A油口、B油口和X油口；所述第二单向阀55设置有三个油口，分别为A’油口、B’油口和X’油口；所述三位四通电磁换向阀56为H型三位四通电磁换向阀56，其设置有四个油口，分别为a油口、b油口、c油口和d油口。所述三位四通电磁换向阀56的a油口分为两路，分别为第一油路和第一控制油路，所述第一油路连接至所述第一单向阀54的A油口，所述第一控制油路连接至所述第二单向阀55的X’油口；所述三位四通电磁换向阀56的b油口分为两路，分别为第二油路和第二控制油路，所述第二油路连接至所述第二单向阀55的A’油口，所述第二控制油路连接至所述第一单向阀54的X油口；所述三位四通电磁换向阀56的c油口分为两路，分别连接所述液压泵57和所述溢流阀58，所述液压泵57的另一端和所述溢流阀58的另一端共同连接至同一个油箱60或分别连接至两个不同的油箱60；所述三位四通电磁换向阀56的d油口连接所述换向阀油箱59；所述第一单向阀54的B油口连接至所述第一杆体上的油孔，所述第二单向阀55的B’油口连接至所述第二杆体上的油孔。当所述调整人字齿轮21无需移动，此时，所述三位四通电磁换向阀56处于中位或液压泵57停止供油，由于没有控制油的作用，所述液压缸20在所述第一单向阀54和第二单向阀55的作用下左、右腔体处于静止状态，即，液压缸20停止在该位置上被锁住；当所述调整人字齿轮21需向左移动时，液压泵57工作，控制油从油箱60进入液压锁紧回路，所述三位四通电磁换向阀56处于左位机能，此时，控制油通过所述第一单向阀54进入所述液压缸20的左腔体，同时，控制油通过第一控制油路将第二单向阀55打开对所述液压缸20的右腔体进行泄油，从而使得所述液压缸20向左移动进而带动所述调整人字齿轮21向左移动；当所述调整人字齿轮21需向右移动时同理。

本实施例中，所述调整人字齿轮21设置有两个，对称设置在所述主轴38的两侧，对应地，所述液压驱动装置设置有两个，分别控制两个所述调整人字齿轮21，两个所述液压驱动装置同步运行。所述第一螺钉2、第二螺钉7、第三螺钉52、第四螺钉8、第五螺钉30、第六螺钉40、第七螺钉23、第八螺钉9均可采用内六角螺钉。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述激振装置包括激振部分，所述激振部分包括：

激振器壳体(10)，所述激振器壳体(10)的前端面中心设置有第一安装孔，所述激振器壳体(10)的后端设置有激振器端盖(31)，所述激振器端盖(31)的中心设置有第二安装孔；

主轴(38)，所述主轴(38)设置在所述激振器壳体(10)的中心，所述主轴(38)的前端通过第一轴承(47)与所述激振器壳体(10)的所述第一安装孔配合连接，所述主轴(38)的后端通过第二轴承(33)与所述激振器端盖(31)的第二安装孔配合连接；

可调偏心块(27)，所述可调偏心块(27)套设在所述主轴(38)上并与所述主轴(38)之间为间隙配合；

第一固定偏心块(22)和第二固定偏心块(51)，所述第一固定偏心块(22)和所述第二固定偏心块(51)均连接在所述主轴(38)上以能与所述主轴(38)同步旋转；所述第一固定偏心块(22)和所述第二固定偏心块(51)分别设置在所述可调偏心块(27)的两侧；

左旋同步斜齿轮(28)和右旋同步斜齿轮(25)，所述左旋同步斜齿轮(28)和所述右旋同步斜齿轮(25)均套设在所述主轴(38)上并与所述主轴(38)之间为间隙配合，并且，所述左旋同步斜齿轮(28)和所述右旋同步斜齿轮(25)均设置有限位件以限制所述左旋同步斜齿轮(28)和所述右旋同步斜齿轮(25)的轴向运动；所述左旋同步斜齿轮(28)与所述可调偏心块(27)连接以能与所述可调偏心块(27)同步旋转；所述右旋同步斜齿轮(25)与所述第一固定偏心块(22)连接以能与所述第一固定偏心块(22)同步旋转；

调整人字齿轮(21)，所述调整人字齿轮(21)的轮齿为由左旋轮齿和右旋轮齿组成的人字轮齿，所述左旋同步斜齿轮(28)与所述调整人字齿轮(21)的右旋轮齿部分相啮合，所述右旋同步斜齿轮(25)与所述调整人字齿轮(21)的左旋轮齿部分相啮合；以及

液压驱动装置，所述液压驱动装置用于驱动所述调整人字齿轮(21)沿所述主轴(38)的轴向移动，通过所述调整人字齿轮(21)的轴向移动带动所述左旋同步斜齿轮(28)和所述右旋同步斜齿轮(25)发生相反方向的转动进而使与所述左旋同步斜齿轮(28)连接的所述可调偏心块(27)和与所述右旋同步斜齿轮(25)连接的所述第一固定偏心块(22)发生相反方向的转动，从而调整所述可调偏心块(27)与所述第一固定偏心块(22)之间的夹角以调整所述激振装置的偏心距和激振力。

2.根据权利要求1所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述液压驱动装置包括：

液压缸(20)，所述调整人字齿轮(21)套设在所述液压缸(20)的外部并与所述液压缸(20)同轴布置，并且，所述调整人字齿轮(21)与所述液压缸(20)之间通过第三轴承(16)配合连接以使所述调整人字齿轮(21)与所述液压缸(20)之间能发生相对转动；以及

活塞杆(13)，所述活塞杆(13)与所述主轴(38)的轴向平行布置并固定在所述激振器壳体(10)上，所述活塞杆(13)包括活塞和设置在所述活塞两侧的第一杆体和第二杆体，所述活塞设置在所述液压缸(20)的内部并与所述液压缸(20)的内壁滑动配合，所述活塞将所述液压缸(20)的内部腔体分为左腔体和右腔体，所述第一杆体和所述第二杆体分别延伸至所述液压缸(20)外，通过向所述左腔体或所述右腔体注油从而控制所述液压缸(20)沿所述主轴(38)轴向的移动，进而控制所述调整人字齿轮(21)沿所述主轴(38)轴向的移动。

3.根据权利要求2所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述液压驱动装置设置有液压锁紧回路，所述液压锁紧回路包括液压锁、液压泵(57)、溢流阀(58)、换向阀油箱(59)、油箱(60)，其中，所述液压锁包括第一单向阀(54)、第二单向阀(55)和三位四通电磁换向阀(56)；

其中，所述第一单向阀(54)设置有三个油口，分别为A油口、B油口和X油口；所述第二单向阀(55)设置有三个油口，分别为A’油口、B’油口和X’油口；所述三位四通电磁换向阀(56)设置有四个端子，分别为a端子、b端子、c端子和d端子；

其中，所述三位四通电磁换向阀(56)的a油口分为两路，分别为第一油路和第一控制油路，所述第一油路连接至所述第一单向阀(54)的A油口，所述第一控制油路连接至所述第二单向阀(55)的X’油口；所述三位四通电磁换向阀(56)的b油口分为两路，分别为第二油路和第二控制油路，所述第二油路连接至所述第二单向阀(55)的A’油口，所述第二控制油路连接至所述第一单向阀(54)的X油口；所述三位四通电磁换向阀(56)的c油口分为两路，分别连接所述液压泵(57)和所述溢流阀(58)，所述液压泵(57)的另一端和所述溢流阀(58)的另一端连接至所述油箱(60)；所述三位四通电磁换向阀(56)的d油口连接所述换向阀油箱(59)；所述第一单向阀(54)的B油口连接至所述第一杆体上的油孔，所述第二单向阀(55)的B’油口连接至所述第二杆体上的油孔。

4.根据权利要求2所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述液压驱动装置还包括磁栅式传感器，用于测量所述调整人字齿轮(21)的轴向位移。

5.根据权利要求1所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述激振装置还包括夹紧套筒部分，所述夹紧套筒部分包括：

夹具壳体(1)，所述夹具壳体(1)呈圆筒状结构，所述夹具壳体(1)固定在所述激振器壳体(10)的前端面上，并与所述主轴(38)同轴布置，以及

多个夹紧机构，所述多个夹紧机构设置在所述夹具壳体(1)上，并沿所述夹具壳体(1)的周向间隔布置，用于夹紧试验管道。

6.根据权利要求5所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述夹紧机构包括：

朝向所述夹具壳体(1)内部敞开的楔形槽，所述楔形槽包括与所述夹具壳体(1)径向平行延伸的端面、与所述夹具壳体(1)轴向呈一角度布置的斜面和两个相对的侧面；

设置在所述楔形槽内并能沿所述楔形槽的斜面滑动的楔形块(6)，所述楔形块(6)与所述楔形槽接触的一面为与所述楔形槽的斜面相配合的倾斜面，所述楔形块(6)与所述倾斜面相对的一面为与所述夹具壳体(1)轴向平行的平面；以及

锁紧装置，所述楔形块(6)在所述锁紧装置的作用下沿所述楔形槽的斜面滑动从而夹紧试验管道。

7.根据权利要求6所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述锁紧装置包括：

第一螺钉(2)，所述楔形槽的端面上设置有与所述第一螺钉(2)配合的螺纹孔，所述第一螺钉(2)通过螺纹连接在所述楔形槽的端面上，所述第一螺钉(2)的端部伸入至所述楔形槽内与所述楔形块(6)相接触，通过转动所述第一螺钉(2)从而使得所述第一螺钉(2)发生沿所述夹具壳体(1)轴向的移动，进而推动所述楔形块(6)沿所述楔形槽的斜面滑动，使得所述楔形块(6)在发生沿所述夹具壳体(1)轴向移动的同时，发生沿所述夹具壳体(1)径向的移动，从而使得所述楔形块(6)能夹紧试验管道；

锁紧螺母(3)，所述锁紧螺母(3)通过螺纹连接在所述第一螺钉(2)的螺杆上，并位于所述楔形槽的外部，在所述楔形块(6)夹紧试验管道后，通过拧紧所述锁紧螺母(3)对所述楔形块(6)进行限位；以及

弹簧垫圈(4)，所述弹簧垫圈(4)设置在所述第一螺钉(2)的螺杆上，并位于所述锁紧螺母(3)与所述楔形槽的端面之间。

8.根据权利要求6所述的人字齿式激振力连续可调的激振装置，其特征在于，所述夹紧机构还包括压块(5)，所述压块(5)固定在所述楔形块(6)的平面上。

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