CN86105899A

CN86105899A - 电液伺服激振装置

Info

Publication number: CN86105899A
Application number: CN86105899.2A
Authority: CN
Inventors: 于劲前; 胡宝生; 李洪人; 裴润; 周连山
Original assignee: ENGINEERING MECHANICS INST STA
Current assignee: ENGINEERING MECHANICS INST STA
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1987-06-17
Also published as: CN1005899B

Abstract

本发明涉及一种电液伺服激振装置。它包括控制装置、控制装置控制的伺服阀和由伺服阀控制的激振器。激振器主要由活塞轴、活塞套(缸体)组成。激振器中活塞套套在活塞轴上，它们之间设置了两个工作腔，活塞套和活塞轴均装在一个箱体中，活塞轴固定于与试验对象相连的箱体上，而活塞套相对于活塞轴是可以移动的。该激振器结构紧凑、体积小，安装方便、易于控制、调整，特别是不需要额外的反力支点，如反力墙或悬挂的重物。

Description

本发明涉及一种电液伺服激振装置，它包括控制装置，例如计算机、模拟控制器，由它们控制的伺服阀及由伺服阀控制的以压力流体介质为动力源的激振器，激振器主要由活塞轴、活塞套（缸体）组成。

迄今为止最常用的机械偏心式激振器具有结构简单，造价低的优点，但它的精度低，只能产生正弦波的激振力，频带窄、体积和自重较大，安装需要的空间较大，使其应用范围受到很大限制，尤其是它无法满足对构件实施多点激振以获得纯模态时对激振器提出的要求，因多个机械偏心式激振器实现同步调整十分困难。

通用的电磁式激振器虽然精度高控制方便，但其低频特性不好，当低频出力要求大时外型尺寸及重量均非常大且效率低，因此很少用于原型构件及地震工程。

为克服上述缺点近年发展了电液伺服激振器，这种激振器以压力流体介质为动力源，通过伺服阀对激振器进行控制，低频特性好，可实现任意波形的激振，特别是能满足多点激振对各激振器进行控制的要求。

已知的一个这种类型的激振装置见于1979年第11届海底勘探技术年会论文“深水平台的强迫振动试验”一文中。该激振装置如图1所示由液压伺服激振器、伺服控制器和控制装置组成。激振器的一端由活塞轴通过测力元件与悬吊的大质量块固定连接，大质量块使用柔性金属链悬吊，激振器的另一端由缸体与平台台面上的支架根部铰接，缸体与活塞轴之间设置有位移传感器，位移传感器的输出讯号与伺服阀的输入讯号相比较，实现对激振器的控制。激振器工作时以悬吊的大质量块作为反力支点通过缸体将质量块运动时的惯性力传递给试验构件。质量块的运动可以是正弦的，也可以是任意波形的，因此试验构件可获得相应的激振力。

另一种方案如图2所示，该装置的组成和结构原理与图1所示装置基本相同，只是作为反力支点的大质量块由悬吊式改为滚动式。该被测构件为一水埧。

上述的已知电液伺服激振器虽然在某些方面可以弥补机械偏心式激振器和电磁式激振器的不足，但它在使用时必须依赖反力墙或相当于反力墙的大质量块作为支点，因此试验所要求的辅助装置十分庞大，这尤其在多点激振的情况下，使试验工作复杂化而且耗资大，在某些无法安装质量块的情况下甚至不能应用。

本发明的目的是提供一种新型的电液伺服激振装置，它能克服机械偏心激振器和电磁式激振器的缺点，具有低频特性好、出力大、可输出任意波形的激振力的特点，而且与现有的电液伺服激振器相比，它不需要反力墙，因此附加设备少安装方便。

达到上述目的的本发明电液伺服激振装置的特点为：

激振器中活塞套套在活塞轴上，它们之间设置了两个工作腔，活塞轴固定于与试验对象相连的箱体上，而活塞套相对于活塞轴是可以移动的。

活塞轴在其一端或两端通过力传感器安装于箱体上，由此测出试件所得到的激振力大小、频率和波形。为保证力传感器在工作过程始终处于受力状态安装时施以一定的预紧力。

为减小振动时对伺服阀的调节精度造成的影响，安装时使伺服阀阀芯轴线与活塞轴的夹角在-45度～+45度的范围内。

为了使箱体能够全部密封以利于在水下作业，伺服阀可装在箱体内的活塞轴上。

为了使结构紧凑，通往工作腔的油路设置在活塞轴中。

所述控制装置是根据工作时测得的各种信号，经过处理、比较后对伺服阀进行控制的，为此在活塞套上安装了加速度、速度和位移传感器或仅安装其中之一种或两种。同样，在箱体上也安装了加速度、速度和位移传感器，或仅安装其中一种或两种。为了补偿温度对系统带来的影响，还安装了温度传感器。这些传感器的输出信号均输给控制装置。

为保证活塞套可靠地沿轴向运动，设置了导向装置，它可以是导板，导板通过弹簧支承于箱体上，活塞套通过钢球在导板上滑动。它也可以是一根导杆，活塞套通过线轴承与导杆相配合并在其上滑动。

为保证安全起见，还设置了机械保护装置，如限制活塞套最大位移的行程开关、缓冲垫、缓冲油垫等。

为减少活塞轴和活塞套之间的摩擦力并提高寿命，在活塞轴上的配合面处采用喷涂尼龙件。

为便于运输还设置了吊挂螺钉。

下面借助由图3和图4所说明的两个实施例对本发明作进一步的说明。

图3为本发明电液伺服激振器一种实施例的示意图，它主要包括密封的箱体13、活塞轴1和活塞套3。箱体13可以是方形、圆形或其它形状，它借助螺钉或其它固定装置固定在被激振结构上，活塞轴1通过力传感器41与箱体固定相连。活塞套3套装在活塞轴1上并能在轴上滑动，在活塞轴1和活塞套3之间设置了工作油腔23和25，这两个工作腔的供油和回油是由安装在活塞轴1上的伺服阀17控制的，压力介质通过设置于活塞轴1中的油路43、45进入工作油腔23、25，而伺服阀17由未在图中示出的计算机进行控制。为减少激振力对伺服阀精度的影响，最好在安装时使伺服阀之阀芯轴线与活塞轴之轴线的夹角在±45度之间。活塞套3最好作成多角形，如正方形也可作成圆柱形，多角形棱柱体的外表面具有相应数量的光滑平面，光滑平面通过钢球11支承于滑板9上，使活塞套3可以在钢球11的导引下沿轴线方向移动，因此减小了活塞轴1上由活塞套3所产生的负荷，同时保证活塞轴1与活塞套3之间的配合沿周向均匀工作可靠，滑板9通过弹簧5支承于箱体13的内表面，当激振器在工作过程中产生温升时，活塞套向外膨胀，由于弹簧5的存在防止活塞套3卡死，或降低激振器的出力。限位套7用于防止支撑弹簧5在活塞套3移动时产生歪斜。压力油的输入和输出经箱体上的两个管接头19、21与压力油源相连，伺服阀17通过油管与管接头19、21相连。当在计算机的控制下，压力介质经伺服阀经油道43进入油腔23时，则活塞套向箭头（a）所指的方向运动，与此同时活塞轴连同箱体，及与箱体相连的试件向（b）方向运动，这时油腔25中的压力介质经油道45再经伺服阀17回流，当反过来压力油在计算机的控制下经伺服阀、油道45进入油腔25，则活塞套，活塞轴、箱体、试件均获得与上述方向相反的运动，以这种方式，由计算机根据要求的信号发出指令、控制伺服阀，从而控制活塞套3按预定的方式运动。因而使试件获得一定频率一定波形的激振力。为保证获得要求的振形及频率在活塞套上装有加速度传感器27，速度传感器29和位移传感器31，用于测量活塞套的运动加速度、速度和位移，为测量被激振结构的振动情况，在箱体内装有加速度传感器33、速度传感器35和位移传感器37。箱体内还设置了温度传感器用于测量箱体内的温度，因为液压系统对温度比较敏感，需要及时测出环境温度进行补偿。所有这些传感器的信号均输入计算机，由预先编制的程序进行处理，及时地控制伺服阀以保证输出力的波形、频率和大小。在多点激振时同时要保证各激振点得到所要求的相位关系。整个箱体作成密闭的，管接头及电缆均密封地通过箱体，因此这种激振器可用于水下。

本发明的另一个实施例示于图4，它主要包括箱体13、活塞套3、活塞轴1、力传感器41位移传感器31，加速度传感器27及电液伺服阀17等。

活塞轴1两端各通过一个力传感器41安装于箱体13上，这里采用了压电式力传感器，并在安装时施以一预紧力，以保持力传感器始终处于受力状态，在预紧状态调零由此可以以简单的方式直接测得真实的力。

活塞套3和活塞轴1为滑配合，为减少活塞套3和活塞轴1之间的摩擦力，在活塞轴1的配合表面采用寿命长、摩擦力小的喷涂尼龙件49、55，动密封采用组合密封。其中密封环48采用填充聚四氟己烯材料，耐磨、密封性好。

导杆89用于防止活塞套3转动以免影响位移传感器和加速度传感器的工作。活塞套3上装有线轴承85以减小活塞套3与导杆89之间的摩擦力。导杆89还可以减少一部分活塞套3作用于活塞轴1的径向力。

在本实施例中，电液伺服阀17安装在与箱体相连的轴承座上。其阀芯轴线与活塞轴1的轴线的夹角在±45度范围内。

轴承座38和58上开有螺孔，通过联接件可与被激结构轴向联接也可通过底板87沿激振器径向与被激振结构连接。

吊环螺钉82用于运输吊挂。

本实施例设置有三种机械保护装置，其一为限制活塞最大位移的行程开关，其二为由硬橡胶材料构成的缓冲座16、18和缓冲垫14，它们起减振作用，其三为活塞轴中留有一定厚度的缓冲油垫20起到保护作用。

本发明的优点在于：它不仅能产生正弦波还能产生任意波形的激振力，这在地震工程中尤为重要;容易实现同步控制而且精度高，出力的大小及波形易于调整，活塞轴和箱体之间的力传感器能准确快速地检出激振力，频率宽尤其适于低频;在相同出力的条件下，本发明装置的体积比其它类型激振器都小得多如出力为20吨的激振器，本发明装置与电磁式相比重量和体积均大大减小。

此外，由于伺服阀可以安装在箱体内，使整个箱体能良好地密封起来，因此它也可以用于水下试验。

由于本发明结构紧凑体积小，因此安装十分方便，而且不需要额外的反力支点，如反力墙或悬挂的重物，由此大大减少了辅助试验装置的费用及工时，以及用于现有电液伺服激振器无法进行试验的地方。

由于本发明的这些优点，特别适用于地震工程、建筑物、水利工程、水下工程等巨型构件方面的试验。

上述实施例只是为了对本发明作进一步说明，而不限制本发明的范围。

Claims

1、电液伺服激振装置，它包括控制装置、由控制装置控制的伺服阀和由伺服阀控制的激振器。激振器主要由活塞轴、活塞套(缸体)组成，其特征为：激振器中活塞套套在活塞轴上，它们之间设置了两个工作腔，活塞套和活塞轴均装在一个箱体中，活塞轴固定于与试验对象相连的箱体上，而活塞套相对于活塞轴是可以移动的。

2、按照权利要求1所述的电液伺服激振装置，其特征为：活塞轴在其一端或两端通过力传感器安装于箱体上。

3、按照权利要求2所述的电液伺服激振装置，其特征为：力传感器在安装时施以一定的预紧力，其大小需保证为传感器在工作过程中始终处于受力状态。

4、按照权利要求1所述的电液伺服激振装置，其特征为：伺服阀安装成使其阀芯轴线与活塞轴轴线的夹角在±45度范围内。

5、按照权利要求1所述的电液伺服激振装置，其特征为：伺服阀装在箱体内，箱体作成密封形式，可在水下工作。

6、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：在活塞套上安装了加速度传感器、速度传感器和位移传感器，或仅安装其中之一种或两种。

7、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：在箱体上安装了加速度传感器、速度传感器和位移传感器，或仅安装其中之一种或两种。在箱体内还装有温度传感器。

8、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：通往工作油腔的油路设置在活塞轴中。

9、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：设置有保证活塞套可靠地沿轴向运动的导向装置。

10、按照权利要求9所述的电液伺服激振装置，其特征为，导向装置可以是导板，导板通过弹簧支承于箱体上。活塞套通过钢球在导板上滑动。

11、按照权利要求9所述的电液伺服激振装置，其特征为：该导向装置是一根导杆，活塞套通过线轴承与导杆相配合，并在其上滑动。

12、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：箱体内设置有限制活塞套最大位移的行程开关。

13、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：在箱体上为活塞套设有缓冲垫座和缓冲垫和/或缓冲油垫。

14、按照权利要求1、2、4或5所述的电液伺服激振装置，其特征为：活塞轴与活塞套相配合的部分采用喷涂尼龙件。

15、按照权利要求1所述的电液伺服激振装置，其特征为：在箱体上设有吊挂螺钉。