新型电液激振器特性研究

　　0　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,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[1-2]。电液振动台具有激振力大、振幅大、低频性能好以及台面无磁场等特点,在这些领域的振动试验中发挥着重要作用。现代工业,尤其航空航天等高科技的不断发展,对振动台的工作频率范围及输出推力的要求也越来越高,扩大工作频率范围及增大输出推力成为当务之急[3-4]。很多学者对此进行了深入的研究,并在振动台的控制技术方面取得了一些研究成果[5-7],开发的控制器满足了工业生产的要求。但是,由于高频响电液伺服阀的研究进展不大[8],因而电液振动台的工作频率范围难以大幅度扩大。

　　鉴于扩大振动台的频率范围和增大输出推力的重要意义,阮健等[9-11]提出了一种采用2D阀(双自由度电液控制阀,阀芯同时具有旋转和轴向移动2个自由度,简称2D阀)控制液压执行元件的实现方案,本文对该方案进行理论分析和实验研究。

　　1电液激振器结构原理

　　本文提出一种采用2D阀控制液压缸的电液激振新方法,其工作原理见图1。阀芯上依次有4个台肩,每个台肩上沿周向均匀开设有沟槽,相邻沟槽的圆心角为φ,第1、第3个台肩沟槽的位置相同,第2、第4个台肩沟槽的位置相同,相邻台肩上的沟槽相互错位,错位角度为φ/2。当阀芯在伺服电机1驱动下旋转时,阀芯沟槽与阀套窗口相配合的矩形阀口面积大小成周期性变化。相邻台肩上的沟槽相互错位,流入到液压缸容腔的流量和从另一容腔流出的流量发生周期性的交替变化,由活塞两侧压差所产生的推力就能驱动液压执行元件做周期性的往复运动。当阀芯在转动过程中位于图1a所示的位置时,P口和A口连通,B口和T口连通,液压缸左腔进油、右腔回油,液压缸活塞向右运动;当阀芯旋转过φ/2,处于图1b所示位置时,P口和B口连通,A口和T口连通,液压缸右腔进油、左腔回油,液压缸活塞向左运动。在2D阀阀芯旋转过程中,矩形节流阀口的周向边长随阀芯旋转发生周期性变化,轴向边长通过阀芯的轴向运动来实现连续控制。阀芯的轴向运动由伺服电机2经过偏心机构驱动阀芯来实现,通过控制该伺服电机转角的大小改变阀口面积周期性变化的幅度,进而改变液压缸活塞的振动幅值。

　　2D阀的阀口截面结构如图2所示,这种阀芯沟槽数与阀套窗口数相等的结构形式称为全开口型配合,其工作频率为

　　式中,n为阀芯的旋转转速;Z为阀芯沟槽每转与阀套窗口之间的连通次数(阀芯沟槽数)。