旋转阀控差动缸式液压激振器仿真与实验研究

　　0　引言

　　从20世纪80年代开始,我国对液压振动技术进行了大量的理论和实验研究,并取得了一定的研究成果;经过几十年的发展,液压振动技术已广泛应用于矿山、冶金、化工、食品等工业部门[1-3]。液压激振器是液压振动技术应用的关键元件,液压激振器的结构形式主要包括外阀式、内阀式芯阀结构、套阀结构和无阀结构等,各有其特点。特别是滑阀控制和转阀控制的液压激振器具有代表性。由旋转阀控制的液压激振器结构紧凑、工作稳定、调频方便,是一种新型的液压激振方式,可用在许多工程场合[4-5]。作者对一种旋转阀控差动缸式液压激振器的动态特性进行了仿真和实验研究。

　　1　旋转阀控液压激振器的工作原理和特点

　　旋转阀控差动缸式液压激振器由旋转阀及其拖动装置和振动液压缸等组成。采用旋转阀控制双作用液压缸产生振动,可以实现振幅、频率无级可调[6]。其工作原理如图1所示,液压泵站输出的高压油液通过高压管路进入振动油缸的活塞杆腔,同时也进入旋转阀腔;电机带动旋转阀芯旋转,当阀芯转到图示位置时,活塞腔与回油管路导通,在高压油液的作用下,活塞向下运动;当阀芯转到虚线位置时,活塞腔与旋转阀进油管路导通,形成差动,活塞向上运动。旋转阀连续转动,则液压缸输出振动。从以上分析可以看出,旋转阀每转360°,液压缸完成两个周期的振动。如果旋转阀的转速为n,那么活塞的振动频率ω=2n。若拖动元件为普通的异步电动机时,则振动频率ω=2f/P,其中f为电源频率, P为电机极对数。因此可以通过变频器来调节电源频率,从而调节激振器的振动频率。

　　激振器的振幅可以通过调节系统压力来改变其大小,当频率不变时,压力越高振幅越大。系统流量影响激振器输出振幅的最大值,在流量一定的情况下,振幅的调节值不能超过流量允许的最大值。

　　因此,调整这种激振器的输出振幅和振动频率,即可满足多种工作点的振动机械的要求,做到一机多能。另外,这种液压激振器输出响应速度快,在带负载起动和停止时,可逐步调节液压系统的压力使机器能平稳起动和停车。采用旋转阀控制差动液压缸活塞的位移(振幅)是通过旋转阀以全流量供液状态下产生的,因此,节流损失极少,工作效率高。

　　2　液压激振器模型的建立

　　旋转阀控差动缸式液压激振系统的工作原理如图2所示,液压缸的缸体与基座铰接,活塞杆与振动质体固定,活塞杆的振动带动质量弹簧跟随其振动。此外振动油缸也可以倾斜安装,实现椭圆振动,满足特定的工艺要求。通过对液压激振系统的工作原理分析可知,液压缸的工作是向下的回程过程和向上的差动过程不断交替。由于用键合图表示的液压系统的特性具有全过程的代表性,所以可以根据差动过程和回来过程来建立该系统的键合图模型。依据系统的工作原理及其结构参数,利用键合图理论,建立该系统差动工作过程的键合图模型如图3所示。