CN100565158C - 电液激振控制阀 - Google Patents

Abstract

一种电液激振控制阀，包括阀体，所述的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油口、第二出油口，该电液激振控制阀还包括阀芯和阀套，所述的阀套嵌套在阀体的内壁，所述的阀芯穿过阀套，所述的阀芯与第一伺服电机和第二伺服电机连接；阀芯上等间距的设有至少四个台肩，所述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。本发明能够大幅度提高电液激振频率。

Description

电液激振控制阀

技术领域

本发明涉及一种电液激振控制阀。

背景技术

振动试验作为现代工业的一项基础试验和产品研发的重要手段，广泛应用于许多重要的工程领域，如汽车和行走机械的道路模拟试验；工程材料、水坝及高层建筑的抗震疲劳试验等。

激振的方式主要有机械式、电磁式和电液式三种类型，电液激振与前二者相比具有激振功率大、推力大、能实现多点激振的优点，主要应用于重载、大功率的场合。现有的电液式激振的工作原理(如图1所示)是通过对电液伺服阀①输入激振信号控制液压执行元件②(油缸或马达)作往复直线或扭转运动，进而使施振对象③起振。按这种原理工作的电液激器其激振频率在很大程度上决定于电液伺服阀的频宽。由于电液伺服阀频响难以大范围突破，因而电液伺服振动台的工作频率难以进一步提高。

发明内容

为了克服已有电液激振设备的电液伺服阀频响难以大范围突破、激振频率受限的不足，本发明提供一种能够大幅度提高电液激振频率的电液激振控制阀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电液激振控制阀，包括阀体，所述的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油口、第二出油口，该电液激振控制阀还包括阀芯和阀套，所述的阀套嵌套在阀体的内壁，所述的阀芯穿过阀套，所述的阀芯与用于驱动阀芯旋转的第一伺服电机和驱动阀芯轴向移动的第二伺服电机连接；所述的阀芯上设有至少四个台肩，包括第一台肩、第二台肩、第三台肩和第四台肩，所述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；所述的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，包括第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口，在相邻的阀套窗口之间的阀套设有辅助窗口，包括第一辅助窗口、第二辅助窗口和第三辅助窗口，在靠近第一阀套窗口的阀套端部设有附加窗口；所述的附加窗口与所述第一出油口连通，所述第一阀套窗口和第一辅助窗口与第一进出油口连通，所述第二阀套窗口和第二辅助窗口与进油口连通，所述第三阀套窗口和第三辅助窗口与第二进出油口连通，所述第四阀套窗口与第二出油口连通。

作为优选的一种方案：所述的一圈阀套窗口的窗口数与一个台肩上的沟槽数互为约数，一圈阀套窗口的窗口数和一个台肩上的沟槽数为大于1的整数。即：所述的一圈阀套窗口的窗口数能被一个台肩上的沟槽数整除，或一个台肩上的沟槽数能被一圈阀套窗口的窗口数整除。

作为优选的另一种方案：一圈阀套窗口的窗口数和一个台肩上的沟槽数为大于1的整数，所述的一圈阀套窗口的窗口数与台肩上的沟槽数之间差值的绝对值为一圈阀套窗口的窗口数和台肩上的沟槽数的约数；即：所述的一圈阀套窗口的窗口数与台肩上的沟槽数不等，但窗口数、沟槽数能被它们之间差值的绝对值整除。

所述的一圈阀套窗口的窗口数比一个台肩上的沟槽数大。

在阀套的周向均匀开设所述的辅助窗口和附加窗口。所述辅助窗口、附加窗口的分布可以与阀芯窗口相同，也可以不相同；从加工工艺的角度考虑，可以选择辅助窗口、附加窗口和阀芯窗口为相同。

所述的每个台肩上的沟槽数为四个、六个、八个或十六个；当然的，可根据需要为三个、五个或者更多个。

本发明的技术构思为：采用阀芯旋转和轴向双自由度设计而成。在控制阀中阀芯由伺服电机驱动旋转，使得沿阀芯台肩周向均匀开设的沟槽(相邻沟槽的圆心角为θ)与阀套上的窗口相配合的阀口面积大小成周期性变化，由于相邻台肩上的沟槽相互错位(错位角度为θ/2)，因而使得进出液压缸的两个容腔的流量大小及方向以相位差为180°发生周期性的变化，驱动液压执行元件油缸(或马达)做周期性的往复运动。

当阀芯在转动过程中位于图2所示的位置时，P口和A口沟通，B口和T口沟通，液压缸左腔进油、右腔回油，油缸活塞向右运动；当阀芯旋转过θ/2角度处于图3所示位置时，P口和B口沟通，B口和T口沟通，油缸右腔进油、左腔回油，油缸活塞向左运动。当阀芯在伺服电机驱动下旋转时，油缸活塞将作周期性的往复运动产生激振。

在电液激振阀中，台肩上的沟槽与阀套上窗口构成的面积除因阀芯旋转发生周期性变化外，其变化的幅度通过阀芯的轴向运动从零(阀口完全关闭)到最大实现连续控制。阀芯的的轴向运动由另一伺服电机通过偏心机构驱动阀芯实现，通过控制该伺服电机转角的大小从而改变阀口面积周期性变化的幅度，进而改变液压缸的振动幅值(输出推力)。

图2所示电液激振阀控液压执行元所构成的电液激振器的工作频率与阀芯的转速成正比。由于阀芯为细长结构，转动惯量很小，又处于液压油的很好润滑状态中，因而很容易提高阀芯的旋转速度获得高的激振频率。

电液阀控激振器的工作频率f等于阀芯的旋转转速n与阀芯沟槽每转与阀套窗口之间的沟通次数m的乘积。因而除通过提高阀芯的转速提高工作频率外，还可以通过增加阀芯台肩上的沟槽数及选择阀芯与阀套之间的配合关系来提高阀芯沟槽与阀套窗口每转沟通次数。阀芯每转沟通次数m除与阀芯沟槽数Z有关，还与阀芯沟槽与阀套窗口的配合关系有关。如果一圈阀套窗口的窗口数能被一个台肩上的沟槽数整除，或一个台肩上的沟槽数能被一圈阀套窗口的窗口数整除，则这种配合形式称为全开口型，如图4所示。全开口型阀芯每转的通断次数即为阀芯沟槽数Z(阀套窗口数)。如果阀芯沟槽数与阀套窗口数不相等，则这种配合形式称为部分开口型，如图5所示。部分开口型阀阀芯每转的通断次数等于阀芯沟槽数Z与“拍数”的乘积，“拍数”等于阀芯沟槽数与阀芯沟槽数和阀套窗口数差之比(阀芯沟槽数和阀套窗口数必须选择合适的值，从而保证拍数为整数)。图5阀芯沟槽为8，阀套窗口数为10，阀芯每转沟通32次。通过以上简要分析可以看出采用阀构成的电液激振器易于实现高频激振。

电液激振阀的频率f等于阀芯的转速n与每转的阀芯沟槽与阀套窗口之间的沟通次数m之间的乘积，即：

f＝n×m

对于全开口型，m等于阀芯沟槽数和阀套窗口数的大者；对于部分开口型，m等于阀芯沟槽数和阀套窗口数的大者与阀芯沟槽数和阀套窗口数之差的比值。

本发明的有益效果主要表现在：能够大幅度提高电液激振频率。

附图说明

图1是现有的液压激振原理图。

图2是本发明的电液激振控制阀的第一工作状态示意图。

图3是本发明的电液激振控制阀的第二工作状态示意图。

图4是一种全开口型电液激振控制阀的阀芯和阀套窗口的示意图。

图5是另一种全开口型电液激振控制阀的阀芯和阀套窗口的示意图。

图6是一种部分开口型电液激振控制阀的阀芯和阀套窗口的示意图。

图7是另一种部分开口型电液激振控制阀的阀芯和阀套窗口的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图2～图7，一种电液激振控制阀，包括阀体1，所述的阀体1上开有与高压油箱连通的进油口2、与液压缸连通的第一进出油口3、第二进出油口4、与回油油箱连通的第一出油口5、第二出油口6，该电液激振控制阀还包括阀芯7和阀套8，所述的阀套嵌套在阀体的内壁，所述的阀芯穿过阀套，所述的阀芯与用于驱动阀芯旋转的第一伺服电机和驱动阀芯轴向移动的第二伺服电机连接；所述的阀芯上等间距的设有至少四个台肩，包括第一台肩9、第二台肩10、第三台肩11和第四台肩12，所述各个台肩的周向均匀开设至少两个沟槽(如沟槽21)，前后相邻的台肩上的沟槽相互错位；所述的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，包括第一阀套窗口13、第二阀套窗口14、第三阀套窗口15和第四阀套窗口16，在相邻的阀套窗口之间的阀套设有辅助窗口，包括第一辅助窗口17、第二辅助窗口18和第三辅助窗口19，在靠近第一阀套窗口的阀套端部设有附加窗口20；所述的附加窗口20与所述第一出油口5连通，所述第一阀套窗口13和第一辅助窗口17与第一进出油口3连通，所述第二阀套窗口14和第二辅助窗口18与进油口2连通，所述第三阀套窗口15和第三辅助窗口19与第二进出油口4连通，所述第四阀套窗口16与第二出油口6连通。

所述的一圈阀套窗口的窗口数与一个台肩上的沟槽数互为约数，。所述的一圈阀套窗口的窗口数与台肩上的沟槽数之间差值的绝对值为一圈阀套窗口的窗口数和台肩上的沟槽数的约数。一圈阀套窗口的窗口数和一个台肩上的沟槽数为大于1的整数。所述的一圈阀套窗口的窗口数比一个台肩上的沟槽的数量大。

在阀套的周向均匀开设所述的辅助窗口和附加窗口。所述的每个台肩上的沟槽数为四个、六个、八个或十六个。

如果一圈阀套窗口的窗口数能被一个台肩上的沟槽数整除，或一个台肩上的沟槽数能被一圈阀套窗口的窗口数整除，则这种配合形式称为全开口型，如图4、图5所示。全开口型阀芯每转的通断次数即为阀芯沟槽数Z(阀套窗口数)。如果阀芯沟槽数与阀套窗口数不相等，则这种配合形式称为部分开口型，如图6、图7所示。部分开口型阀阀芯每转的通断次数等于阀芯沟槽数Z与“拍数”的乘积，“拍数”等于阀芯沟槽数与阀芯沟槽数和阀套窗口数差之比(阀芯沟槽数和阀套窗口数必须选择合适的值，从而保证拍数为整数)。图7阀芯沟槽为8，阀套窗口数为10，阀芯每转沟通32次。

本实施例的工作过程为：阀芯在转动过程中位于图2所示的位置时，P口和A口沟通，B口和T口沟通，液压缸左腔进油、右腔回油，油缸活塞向右运动；当阀芯旋转过θ/2角度处于图3所示位置时，P口和B口沟通，B口和T口沟通，油缸右腔进油、左腔回油，油缸活塞向左运动。当阀芯在伺服电机驱动下旋转时，油缸活塞将作周期性的往复运动产生激振。

在电液激振阀中，台肩上的沟槽与阀套上窗口构成的面积除因阀芯旋转发生周期性变化外，其变化的幅度通过阀芯的轴向运动从零(阀口完全关闭)到最大实现连续控制。阀芯的的轴向运动由另一伺服电机通过偏心机构驱动阀芯实现，通过控制该伺服电机转角的大小从而改变阀口面积周期性变化的幅度，进而改变液压缸的振动幅值(输出推力)。

Claims (4)

1、一种电液激振控制阀，包括阀体，所述的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油口、第二出油口，该电液激振控制阀还包括阀芯和阀套，所述的阀套嵌套在阀体的内壁，所述的阀芯穿过阀套，所述的阀芯与用于驱动阀芯旋转的第一伺服电机和驱动阀芯轴向移动的第二伺服电机连接；所述的阀芯上等间距的设有至少四个台肩，包括第一台肩、第二台肩、第三台肩和第四台肩，所述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；所述的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，包括第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口，在相邻的阀套窗口之间的阀套设有辅助窗口，包括第一辅助窗口、第二辅助窗口和第三辅助窗口，在靠近第一阀套窗口的阀套端部设有附加窗口；

所述的附加窗口与所述第一出油口连通，所述第一阀套窗口和第一辅助窗口与第一进出油口连通，所述第二阀套窗口和第二辅助窗口与进油口连通，所述第三阀套窗口和第三辅助窗口与第二进出油口连通，所述第四阀套窗口与第二出油口连通；

其特征在于：一圈阀套窗口的窗口数和一个台肩上的沟槽数为大于1的整数，所述的一圈阀套窗口的窗口数与台肩上的沟槽数之间差值的绝对值为一圈阀套窗口的窗口数和台肩上的沟槽数的约数。

2、如权利要求1所述的电液激振控制阀，其特征在于：所述的一圈阀套窗口的窗口数比一个台肩上的沟槽数大。

3、如权利要求2所述的电液激振控制阀，其特征在于：在阀套的周向均匀开设所述的辅助窗口和附加窗口。

4、如权利要求3所述的电液激振控制阀，其特征在于：所述的每个台肩上的沟槽数为四个、六个、八个或十六个。

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