内置平衡气囊的电液激振装置的制作方法

本实用新型属于电液激振装置技术领域，尤其涉及内置平衡气囊的电液激振装置。

背景技术：

目前国内外激振器的激振方式主要有机械式、电磁式和电液式三种类型。不同的激振方式具有不同的特点，能够满足不同机械设备的加工需求。电液激振方式具有拉力大、处理能力强、产生的激振功率高易于多点激振等特点，主要用于拉床、盾构机等重载大功率场合。

现有活塞缸式电液激振装置具有输出力大，波形稳定等优势，但在换向时受电控阀响应特性及油液体积弹性模量等因素的影响，容腔体积变化较为迟滞，使得该类型的电液激振装置输出频率较低。所以有必要研究一种解决换向时响应较慢问题的装置，从而提高振动频率的准确性。

在电液激振器研究方面，提高激振器的响应速度和振动频率主要集中在对换向阀的改进，而对激振器容腔的改进研究较少。如专利号cn106762872a提出了一种2d阀控振动拉削的激振缸纠偏装置，通过在激振缸两侧缸体边缘加装接近传感器的方法，通过传感器检测活塞位置，并将位置信息传给控制器，控制器来控制并联的纠偏油路，能够有效避免活塞被拉到极限位置，解决振动拉削失效问题。但此装置并不能适应振动切削加工对于激振力和激振幅值的要求，用途有局限性，且不能很好地解决激振缸反应较慢的问题。专利号cn104607378a所发明的一种振动加工用磁流变液激振装置，利用封闭容腔内磁流变液在交变磁场作用下产生固液体积变化，利用固液相变引发体积膨胀收缩振动，是一种具有激振缸变幅机构和磁流变液供液系统的装置。此发明能够对振幅和频率进行实时监控，快速方便地调整激振振幅和频率。但是由于电磁的不稳定性，易受到外围环境的影响，同时，固液体积变化容易受到温度影响，最后都会导致激振的振幅和频率产生波动，从而影响激振效果。专利号cn2924109y提出一种气囊式电液推杆，主要包括电机、油缸、集成阀块和气囊装置等，气囊装置由囊体和外壳组成，囊体设置于外壳之中与推杆的加油口密封连接，可以有效避免大量粉尘进入液压油，该发明是较早的将气囊辅助装置安装于液压系统中，但主要作用是为了过滤空气，使液压油能够高效的运作，对提高激振频率等方面没有实际性作用，后续需要在气囊的基础之上进行改进。

技术实现要素：

本实用新型针对现有液压激振器受液体弹性模量等影响，激振系统固有频率较低，而且激振缸容腔压力变化幅值随激振频率增高而急剧衰减，从而导致激振缸输出幅值较低的技术难题，提供了一种内置平衡气囊的电液激振装置。本实用新型综合了气压传动压力损失小、响应快和液压传动较平稳、可控性更好的优点，通过油液和气体可压缩性和响应特性上的差异，改变了系统固有频率，提高了激振系统的频带宽度。

本实用新型包括平衡气囊系统、电液激振缸和状态反馈系统。

所述的平衡气囊系统包括无杆腔管接口、有杆腔管接口、有杆腔圆环鼓状气囊、无杆腔鼓状气囊、充气装置、闸阀一、单向阀一、气囊分流器一、单向节流阀一、气囊分流器二、单向节流阀二、单向阀二、闸阀二和充气分流器。所述的无杆腔鼓状气囊设置在电液激振缸的无杆腔远离活塞的一端；所述的有杆腔圆环鼓状气囊设置在电液激振缸的有杆腔内，并套置在活塞杆上；无杆腔管接口和有杆腔管接口均与缸体固定，无杆腔管接口的一端接无杆腔鼓状气囊，有杆腔管接口的一端接有杆腔圆环鼓状气囊。所述充气装置的出气口连接充气分流器的进气口，充气分流器的两个出气口分别连接闸阀二和闸阀一的进气口；闸阀二的出气口连接单向阀二的进气口，单向阀二的出气口接单向节流阀二的进气口以及气囊分流器二的一个分流口；气囊分流器二的另一个分流口接单向节流阀一的出气口；闸阀一的出气口连接单向阀一的进气口，单向阀一的出气口接单向节流阀二的出气口以及气囊分流器一的一个分流口；气囊分流器一的另一个分流口接单向节流阀一的进气口；气囊分流器二的汇流口接无杆腔管接口的另一端，气囊分流器一的汇流口接有杆腔管接口的另一端。

所述的状态反馈系统包括接近传感器、数据采集卡和工控机。电液激振缸的无杆腔内壁开设有安装孔，安装孔的外端开放设置；所述的接近传感器嵌入安装孔内，且接近传感器与安装孔之间设有密封件；接近传感器的测头位于无杆腔鼓状气囊和活塞之间；接近传感器的信号输出端与数据采集卡的信号输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机连接；活塞杆的动力源由工控机控制。

所述的无杆腔鼓状气囊平行于活塞。

所述有杆腔圆环鼓状气囊和无杆腔鼓状气囊的材料均选用热塑性聚氨酯弹性体。

所述接近传感器的测头与无杆腔鼓状气囊沿活塞杆轴向的距离为10～15mm。

本实用新型具有的有益效果：

本实用新型利用内置气囊中的气体快速补充，能够较快改变有杆腔和无杆腔体积，从而使有杆腔和无杆腔内的压力迅速变化，加快活塞运动的响应动作；因此，本实用新型综合了气压传动压力损失小、响应快和液压传动较平稳、可控性更好的优点，能够有效提高电液激振装置激振频率和整体稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构立体图；

图2为本实用新型的结构剖视图；

图3为本实用新型中平衡气囊系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利作进一步描述。

如图1、图2和图3所示，内置平衡气囊的电液激振装置，包括平衡气囊系统、电液激振缸和状态反馈系统。电液激振缸包括缸体2、活塞7和活塞杆。

平衡气囊系统包括无杆腔管接口4、有杆腔管接口5、有杆腔圆环鼓状气囊6、无杆腔鼓状气囊8、充气装置10、闸阀一11、单向阀一12、气囊分流器一13、单向节流阀一14、气囊分流器二15、单向节流阀二16、单向阀二17、闸阀二18和充气分流器19。无杆腔鼓状气囊8设置在电液激振缸的无杆腔9远离活塞7的一端，且无杆腔鼓状气囊8平行于活塞7；有杆腔圆环鼓状气囊6设置在电液激振缸的有杆腔3内，并套置在活塞杆上；无杆腔管接口4和有杆腔管接口5均与缸体2固定，无杆腔管接口4的一端接无杆腔鼓状气囊8，有杆腔管接口5的一端接有杆腔圆环鼓状气囊6。充气装置10的出气口连接充气分流器19的进气口，充气分流器19的两个出气口分别连接闸阀二18和闸阀一11的进气口；闸阀二18的出气口连接单向阀二17的进气口，单向阀二17的出气口接单向节流阀二16的进气口以及气囊分流器二15的一个分流口；气囊分流器二15的另一个分流口接单向节流阀一14的出气口；闸阀一11的出气口连接单向阀一12的进气口，单向阀一12的出气口接单向节流阀二16的出气口以及气囊分流器一13的一个分流口；气囊分流器一13的另一个分流口接单向节流阀一14的进气口；气囊分流器二15的汇流口接无杆腔管接口4的另一端，气囊分流器一13的汇流口接有杆腔管接口5的另一端。

有杆腔圆环鼓状气囊6和无杆腔鼓状气囊8的材料均选用热塑性聚氨酯弹性体(tpu)；热塑性聚氨酯弹性体的硬度范围宽(60ha-85hd)、耐磨、耐油、透明、弹性好，能够满足在液压油中长时间工作的要求。

状态反馈系统包括接近传感器1、数据采集卡和工控机。电液激振缸的无杆腔9内壁开设有安装孔，安装孔的外端开放设置；接近传感器1嵌入安装孔内，且接近传感器1与安装孔之间设有密封件；接近传感器1的测头位于无杆腔鼓状气囊8和活塞7之间，且接近传感器1的测头与无杆腔鼓状气囊沿活塞杆轴向的距离为15mm；接近传感器1的信号输出端与数据采集卡的信号输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机连接；活塞杆的动力源由工控机控制。

该内置平衡气囊的电液激振装置，工作原理如下：

步骤1、给无杆腔内鼓状气囊8充气：打开闸阀二18，关闭闸阀一11，充气装置10输出的气流依次经过充气分流器19、闸阀二18和单向阀二17，并由单向阀二17的出气口输出；由于单向节流阀二16设置的开启压力大于气流压力，且单向节流阀一14的单向阀开启方向与气流相反，气体不会向有杆腔内的有杆腔圆环鼓状气囊6流动，而是经过气囊分流器二15往无杆腔内鼓状气囊8里充气，当充气装置10的压力表显示无杆腔内鼓状气囊8内的气压达到设定压力值时，关闭闸阀二18。

步骤2、油液流入无杆腔，由于无杆腔内鼓状气囊8充气后无杆腔体积相对减小，无杆腔内的压力得以快速提升，活塞推程运动加快。

步骤3、受无杆腔内油液压力的影响，无杆腔内鼓状气囊8压缩，使得无杆腔内鼓状气囊8内的气压再次升高；当无杆腔内鼓状气囊8内的气压达到单向节流阀二16设置的开启压力时，单向节流阀二16中的单向阀开启，无杆腔内鼓状气囊8内的气体依次经过气囊分流器二15、单向节流阀二16和气囊分流器一13向有杆腔圆环鼓状气囊6流动；无杆腔内无杆腔内鼓状气囊8的气压迅速降低，使得无杆腔体积增大，无杆腔的油液压力也快速降低，活塞推程运动结束。

步骤4、控制阀切换油液流动方向，使油液流向有杆腔时，由于无杆腔内鼓状气囊8已经对有杆腔圆环鼓状气囊6充气，有杆腔体积相对减小，有杆腔内的压力得以快速提升，活塞回程运动加快。

步骤5、受有杆腔内油液压力的影响，有杆腔圆环鼓状气囊6压缩，使得有杆腔圆环鼓状气囊6内的气压再次升高；当有杆腔圆环鼓状气囊6内的气压达到单向节流阀一14设置的开启压力时，单向节流阀一14中的单向阀开启，有杆腔圆环鼓状气囊6内的气体依次经过气囊分流器一13、单向节流阀一14和气囊分流器二15向无杆腔内鼓状气囊8流动；有杆腔圆环鼓状气囊6的气压迅速降低，使得有杆腔体积增大，有杆腔的油液压力也快速降低，活塞回程运动结束。活塞回程运动过程中，若接近传感器1检测到活塞到无杆腔内鼓状气囊8的距离达到预设值，则接近传感器1发出信号传给数据采集卡，工控机根据数据采集卡传来的信号停止活塞杆的动力源提供动力，保证整个装置的安全。

步骤6、控制阀往复切换油液流动方向，两个气囊来回充放气，同时活塞往复运动，两个气囊来回充放气加快了活塞运动的响应动作。

活塞整个运动过程中，若出现活塞回程位移波形不稳定的情况，则在步骤1和步骤2之间需要增加给杆腔圆环鼓状气囊6充气的过程，具体如下：打开闸阀一11，关闭闸阀二18，充气装置10输出的气流依次经过充气分流器19、闸阀一11和单向阀一12，并由单向阀一12的出气口输出；由于单向节流阀一14设置的开启压力大于气流压力，且单向节流阀二16的单向阀开启方向与气流相反，气体不会向无杆腔内的无杆腔内鼓状气囊8流动，而是经过气囊分流器一13往有杆腔圆环鼓状气囊6里充气，当充气装置10的压力表显示有杆腔圆环鼓状气囊6内的气压达到设定压力值时，关闭闸阀一11。其中，有杆腔圆环鼓状气囊6内的气压设定压力值小于无杆腔内鼓状气囊8内的气压设定压力值。