2D阀控高频电液振动台的设计及其特性分析

　　1 引言

　　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,如卫星和火箭的环境试验;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。振动台作为振动实验的标准设备,其性能的好坏,技术水平的高低直接影响到各个领域技术的进步和发展,同时也是衡量一个国家工业技术发展水平的重要标志。传统的液压振动台实际上是伺服阀控制的作动器(液压缸或液压马达)。为得到理想的振动波形,将一定波形的电流信号输入伺服阀线圈,由伺服阀控制液压油交替地进出液压缸或液压马达的工作腔,驱动其活塞作往复运动。进而由液压缸或液压马达带动负载振动。这种方案构成的液压振动台的频宽很大程度上受伺服阀动态响应性能的限制,激振频率难以提高到更高的水平。

　　为了得到较高的激振频率,需改进伺服阀的频响及振动控制技术,较好的方案就是采用2D阀控制激振缸。在2D阀中,单一阀芯的旋转运动的速度和直线移动的位移分别用来控制振动的频率和振幅。激振器的频率与2D阀旋转的速度成正比,而且阀芯处于良好的润滑环境中,很容易就可以提高阀芯的速度,进而可以提高激振器的频率。

　　2D阀控高频电液振动台的原理

　　如图1所示, 2D阀控缸电液激振器主要由2D阀、液压缸、载荷传感器及位移传感器构成。2D阀具有双自由度,即阀芯具有径向的旋转运动和轴向的直线运动,可以实现高频激振,所以也称高频激振阀,高频激振阀被用于产生幅值和频率可调的激振波形。通过位移传感器和载荷传感器分别测量活塞的位移和液压缸的输出力。

　　设阀芯的旋转速度为n(转/min),阀芯每转一周其阀芯沟槽与阀套窗口之间的沟通次数为m,则电液激振器的工作频率为:

　　根据阀芯沟槽与阀套窗口的配合关系,可设计以下两种配合类型,即全开口型和部分开口型。如图2a所示,阀芯沟槽数与阀套窗口数相等情况的配合方式为全开口型;如图2b所示,阀芯沟槽数与阀套窗口数不相等的配合方式为部分开口型。由此可知沟通次数m除了与阀芯沟槽数Z有关外,还与阀芯沟槽和阀套窗口的配合关系有关。

　　当阀芯沟槽与阀套窗口的配合关系为全开口型时,其每转的沟通次数m即为阀芯的沟槽数Z。当阀芯沟槽与阀套窗口的配合关系为部分全开口型时,其每转的沟通次数m可根据下式求得:

　　其中,W为阀套的窗口数,而阀芯的沟槽数Z和阀套的窗口数W必须选择合适的值以保证求得的沟通次数m为整数。如图2b,沟槽数Z为8,阀套窗口数为10,则可算得每转的沟通次数m为32。