螺旋往复式液压激振阀

1.本发明涉及电液激振领域，尤其涉及螺旋往复式液压激振阀。


背景技术：

2.振动是机械工程经常遇到的现象。当外界激励振动的频率接近于机械系统的固有频率时将引起共振，共振会破坏整个机械系统。近些年来，随着现代科学技术的急速发展以及工程技术的日益革新，机械振动行业迅速发展。自1871年august提出s-n曲线(又称应力-寿命曲线，表示在一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间的关系)开始，工程师们开始加深对金属性能的材料与零部件的使用寿命和疲劳性能重视，也对产品的质量和性能提出了更高的要求，利用振动试验检测产品的质量和寿命成为工程技术领域一项及其重要的手段。各种类型的振动技术也从导弹、火箭、卫星等部件的振动环境试验，工程材料疲劳试验，行走机械的道路模拟、地震模拟试验，水坝、高层建筑等大型工程的抗震试验等中的应用，到现如今已广泛应用于材料、机床、运输设备、电力、建筑等各行各业。
3.激振器是振动试验装置的核心元件，按其激振原理不同可分为机械式、电磁式和电液式。机械式激振器输出的最大推力较小，振幅较小，波形在高频情况下失真严重，无法自动编程、加载横向负载，主要用在低频率的振动实验中；电磁式激振器输出的最大推力效果不佳，虽然波形失真较小，但是产生振幅较小，只能用于各种中小型电子元件和试件的检测实验中；电液式激振器具有结构牢固，最大推力的上限高，振幅变化大，振动频率高，可以自动编程，加载横向负载，波形不易失真等优点，因此，对液压激振器的研究是一项非常重要的基础研究。
4.传统液压激振阀结构复杂，制造成本较高，配合公差要求严格，作用在阀芯上的力较多、较大且变化，要求较大的控制力。做前置级时，动态响应较低，处于高频工作状态时，输出的振幅波动较大，并产生大量的能源损耗。


技术实现要素：

5.为克服上述问题，本发明提供一种螺旋往复式液压激振阀。
6.本发明采用的技术方案是：螺旋往复式液压激振阀，包括阀体、阀套、上阀芯、下阀芯、左端盖和右端盖；阀体内开有上下平行的第一内孔和第二内孔，阀体的左右两端分别安装有左端盖、右端盖；左端盖、第一内孔与右端盖之间形成流量控制腔，左端盖、第二内孔与右端盖之间形成激振腔；
7.所述阀体顶面开有进油p口，阀体中部开有排油t口，阀体底部开设工作a口、工作b口；流量控制腔的上部壁面开有连通进油p口与流量控制腔的第一油道，流量控制腔的下部壁面开有连通流量控制腔与激振腔的第二油道，激振腔的下部壁面开有连通工作a口与激振腔的第三油道，激振腔的下部壁面开有连通工作b口与激振腔的第四油道；
8.所述激振腔内装有可沿阀体轴向滑动的阀套，阀套上从左至右依次设有第一台肩
和第二台肩，第一台肩、第二台肩分别位于工作a口、工作b口的上方；第一台肩左侧形成a口回油槽，第一台肩和第二台肩之间形成主输油槽，第二台肩右侧形成b口回油槽；阀套内设有可绕阀体轴向转动的下阀芯，下阀芯的左端贯穿至左端盖左侧；下阀芯上且位于激振腔内的部分设有螺旋往复槽，阀套内壁设有与螺旋往复槽配合的导向柱，螺旋往复槽和导向柱构成螺旋往复机构；所述下阀芯上且位于螺旋往复槽的两端设有支撑台阶，支撑台阶上装配滚珠轴承；下阀芯转动带动阀套左右往复移动，实现阀套上的油路从主输油槽到工作a口、工作b口的切换；
9.所述第二油道位于激振腔内主输油槽的上方，激振腔的上部壁面从左往右依次设有第一l型通孔和第二l型通孔，第一l型通孔位于激振腔内第一台肩的左侧，第二l型通孔位于激振腔内第二台肩的右侧；第一l型通孔和第二l型通孔分别与阀体内开设的传输油道连通，第一l型通孔在阀体外壁上的开口端采用内六角螺栓密封，第二l型通孔在阀体外壁上的开口端作为排油口t口；
10.所述流量控制腔内安装有可沿阀体轴向滑动的上阀芯，上阀芯上从左至右依次设有第一台阶和第二台阶，第一台阶位于第二油道的上方，上阀芯右端贯穿至右端盖右侧；上阀芯的左端套设有弹簧，弹簧的左端与流量控制腔相抵，弹簧的右端与第一台阶左侧相抵；上阀芯沿阀体轴向滑动以调整第二台阶在流量控制腔内与第二油道的重叠面积，从而调整第二油道液压油的流速、流量和压力。
11.进一步，所述螺旋往复槽包括两条旋向相反的螺旋槽，两条螺旋槽的螺距和导程都相同，且两条螺纹在下阀芯两端首尾对接形成一条闭合的螺旋往复槽。
12.本发明的技术构思是所述的螺旋往复式液压激振阀的下阀芯表面的具有螺旋往复槽，利用下阀芯的周向旋转运动，所述阀套可以实现水平往复运动。阀套表面具有液压油通道，且与所述阀体上的进出油窗口对应。当所述下阀芯周向旋转时，阀套沿激振腔水平往复运动，总会有阀套上的液压油通道先后与其所对应的出油窗口重叠，从而使阀体上的出油口a，b的流量产生周期性交替变化，导致液压缸的左右腔的流量进出产生周期性变化，从而实现了液压缸的周期性的往复运动，实现激振功能。液压缸往复运动的激振周期是由所述阀套往复移动的速度决定，而激振的幅值是由进出液压缸的流量大小决定，而流量的大小取决于阀套的主输油槽与阀体的a口，b口重叠面积，以及重叠时间。因此，改变所述阀套的水平移动速度可以调节激振的频率，改变所述阀芯上螺旋往复机构中螺纹的间距与圈数可以调节振幅的幅值。
13.所述的阀芯的运动：上阀芯与流量控制腔组成液压放大器，通过电气-机械转换装置将输入的转角或直线位移信号，转化成上阀芯的水平运动，从而对第二油道的高压液压油进行调节和分配，调整之后的高压液压油进入激振腔。下阀芯通过变速齿轮箱等连接装置与伺服电机连接，通过控制伺服驱动器接收的脉冲频率和数量，控制下阀芯的转动周期。下阀芯的转动带动阀套的水平运动，液压油通过阀套上的主输入通道经过a口进入液压缸活塞的一侧，使液压缸活塞发生水平运动，多余的液压油通过b口经过回油通道从t口回到油箱；对伺服驱动器的输入一定频率和数量脉冲，使下阀芯的转动时间经过半个运动周期，油路发生转换，液压油通过b口进入液压缸另一侧，使液压缸发生反方向水平运动，多余液压油通过阀套上回油通道经过t口返回油箱。由于下阀芯与阀套之间存在螺旋往复机构，当下阀芯发生连续自转运动时，阀套进行循环往复的水平运动，进油口在a，b口转换，液压缸
产生激振效果，激振的幅值取决于上阀芯与下阀芯的共同作用，激振的频率取决于下阀芯的转速快慢。通过改变阀芯的运动情况可以调节激振阀的激振特性。
14.本发明的有益效果是：所述激振阀的优点是压力增益很高，特性易于计算和控制，抗污染性能较好。高频激振时，振幅衰减程度低。激振阀总体的结构简单，工作性能稳定，输出流量大。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图；
16.图2a是本发明阀体的结构示意图；
17.图2b是图2a中a-a向剖视图；
18.图3是本发明阀套的结构示意图；
19.图4是本发明上阀芯的结构示意图；
20.图5是本发明下阀芯的结构示意图；
21.图6是本发明下阀芯阀套处于a口工作的状态；
22.图7是本发明下阀芯阀套处于b口工作的状态；
23.图8a～c是本发明下阀芯不同螺距的螺旋线的示意图；
24.附图标记说明：1、左端盖；2、垫圈；3、阀体；4、弹簧；5、上阀芯；6、内六角螺栓；7、右端盖；8、滚动轴承；9、下阀芯；10、阀套；11、第一油道(p口)；12、流量控制腔；13、第二油道；14、激振腔；15、第三油道(a口)；16、第四油道(b口)；17、传输油道；18、排油t口；19、a口回油槽；20、主输油槽；21、b口回油槽；22、导向柱；23、螺旋往复槽。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明专利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。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.参照附图，螺旋往复式液压激振阀，包括阀体3、阀套10、上阀芯5、下阀芯9、左端盖1和右端盖7；阀体3内开有上下平行的第一内孔和第二内孔，阀体3的左右两端分别安装有左端盖1、右端盖7；左端盖1、第一内孔与右端盖7之间形成流量控制腔12，左端盖1、第二内
孔与右端盖7之间形成激振腔14；
29.所述阀体3顶面开有进油p口，阀体3中部开有排油t口，阀体3底部开设工作a口、工作b口；流量控制腔12的上部壁面开有连通进油p口与流量控制腔12的第一油道11，流量控制腔12的下部壁面开有连通流量控制腔12与激振腔14的第二油道13，激振腔14的下部壁面开有连通工作a口与激振腔14的第三油道15，激振腔14的下部壁面开有连通工作b口与激振腔14的第四油道16；
30.所述激振腔14内装可沿阀体3轴向滑动的阀套10，阀套10上从左至右依次设有第一台肩和第二台肩，第一台肩、第二台肩分别位于工作a口、工作b口的上方；第一台肩左侧形成a口回油槽19，第一台肩和第二台肩之间形成主输油槽20，第二台肩右侧形成b口回油槽21；阀套10内设有可绕阀体3轴向转动的下阀芯9，下阀芯9的左端贯穿至左端盖1左侧；下阀芯9上且位于激振腔14内的部分设有螺旋往复槽23，阀套10内壁设有与螺旋往复槽23配合的导向柱22，螺旋往复槽23和导向柱22构成螺旋往复机构；所述下阀芯9上且位于螺旋往复槽23的两端设有支撑台阶，支撑台阶上装配滚珠轴承8；下阀芯9转动带动阀套10左右往复移动，实现阀套10上的油路从主输油槽20到工作a口、工作b口的切换；
31.所述第二油道13位于激振腔14内主输油槽20的上方，激振腔14的上部壁面从左往右依次设有第一l型通孔和第二l型通孔，第一l型通孔位于激振腔14内第一台肩的左侧，第二l型通孔位于激振腔14内第二台肩的右侧；第一l型通孔和第二l型通孔分别与阀体3内开设的传输油道17连通，第一l型通孔与在阀体3外壁面上的开口端采用内六角螺栓密封，第二l型通孔在阀体3外壁面上的开口端作为排油口t口18；
32.所述流量控制腔12内安装有可沿阀体3轴向滑动的上阀芯5，上阀芯5上从左至右依次设有第一台阶和第二台阶，第一台阶位于第二油道13的上方；上阀芯5的左端套设有弹簧4，弹簧4的左端与流量控制腔12相抵，弹簧4的右端与第一台阶左侧相抵；上阀芯5沿阀体3轴向滑动以调整第二台阶在流量控制腔12内与第二油道13的重叠面积，从而调整第二油道液压油的流速、流量和压力。
33.参考附图8a～c所述的下阀芯9上的螺旋往复槽23包括两条旋向相反的螺旋槽，两条螺旋槽的螺距和导程都相同，且两条螺旋槽在下阀芯9两端首尾对接形成一条闭合的螺旋往复槽23。下阀芯9改变螺纹线的间距以及圈数，可以提高阀套10的移动速度以及移动精度，从而改善液压激振阀的激振频率与激振幅值。
34.激振的实现：所述下阀芯9的一端可以通过变速齿轮箱等连接装置与伺服电机或者液压马达相连接，实现所述下阀芯的高速旋转。由下阀芯9上的螺旋往复槽23与阀套10上的导向柱22构成的螺旋往复机构，来实现阀套10的循环往复水平运动。所述阀套10外部开设有三道导油槽，从左往右分别是a口回油槽19，主输油槽20，b口回油槽21，当主输油槽20与第三油道a口15重合，b口回油槽21与第四油道b口16重合，当主输油槽20与第四油道重合b口16，a口回油槽19与第三油道重合a口15，所述液压激振阀近似于二位三通阀。其中一种机位是高压液压油通过p口经过第一油道11进入流量控制腔12，通过上阀芯5与第二油道13的共同作用，输出确定压力、流量的高压液压油并进入激振腔14内阀套10上主输油通道20。所述阀套10受螺旋往复机构作用左移至主输油通道20与第三油道a口15重合如图6，通过第三油道a口15进入液压缸活塞一端，液压缸活塞另一端的油液受到挤压进入第四油道b口16，通过b口回油槽21与传输通道17进入排油口t口18，使得液压缸活塞向确定方向运动；另
外一个机位的状态正好相反，所述阀套10受螺旋往复机构作用右移至主输油通道20与第四油道b口21重合如图7，液压油通过第四油道b口21进入液压缸活塞的一端，液压缸活塞的另一端的油液受到挤压进入第三油道a口15，通过a口回油槽19，由排油口t口18排出，液压缸活塞向反方向运动；所述阀套水平循环往复运动，所述激振阀在两个机位之间周期性交替，因此液压缸产生周期性往复运动，形成高频激振，当提高所述下阀芯的转速时，循环周期缩短，激振频率提高。
35.激振幅值的改变：所述激振阀通过改变电气-机械转换装置输入的转角或直线位移信号改变激振幅值。所述上阀芯5沿水平方向运动且与流量控制腔12组成液压放大器，液压放大器通过电气-机械转换装置将输入的转角或直线位移信号，转化为上阀芯的水平运动，通过输入不同转角或直线位移信号改变上阀芯5与第二油道13的重叠面积，对于进入激振腔14高压的液压油进行调节和分配。使阀套10水平移动时主输油通道20分配给第三油道(a口)15或第四油道(b口)16的单位时间流量发生改变，映射到液压缸上使液压缸活塞的运动行程发生变化，激振幅值也随之发生变化。
36.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。