一种低频变谐振电液激振缸及其谐振频率无级变化方法

技术领域

本发明涉及电液激振技术领域，具体涉及一种低频变谐振电液激振缸及其谐振频率无级变化方法。

背景技术

随着现代工业技术水平的发展，尤其是为了满足许多工程机械振动环境模拟实验的需要，对电液激振器工作频率范围、振动输出负载和幅值，以及电液激振器的可控性提出了更高的要求。电液激振缸是电液激振系统执行机构，是由电液原理驱动的以产生相应振动的设备。电液激振缸产生谐振是电液激振频率和激振缸系统固有频率一致或接近时，振动输出幅值或载荷增大的现象。

在电液激振缸低频工作段中，存在当激振频率提高，输出载荷的幅值急剧衰减的问题。传统电液激振缸固有频率是负载质量与液压缸工作腔中的油液压缩性形成的液压弹簧相互作用的结果，故其发生谐振一般处于高频段，且传统电液激振缸发生谐振会产生较大冲击波压力，破坏设备密封装置，影响激振系统的稳定性和安全性，故难以在谐振点利用谐振能量提高振动输出幅值或载荷。且传统电液激振缸谐振频率一般难以调节，使得电液激振缸工作效率受激振频率影响较大。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的问题，本发明的目的在于提供一种低频变谐振电液激振缸及其谐振频率无级变化方法，使得激振缸在低频段范围内，可自由调节系统固有频率使其与激振频率一致，达到增大振动输出负载或幅值的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种低频变谐振电液激振缸，包括外缸体、内置液控单向阀、内缸体、流道、截锥螺旋弹簧、缓冲弹簧、内活塞、活塞杆、排气孔。

所述的内缸体在液压油的作用下可在外缸体内部做往复运动，且两者形成一级左腔室和一级右腔室；所述的活塞杆在液压油的作用下可在内缸体内部做往复运动，且两者形成二级左腔室和二级右腔室；二级左腔室设有截锥螺旋弹簧，截锥螺旋弹簧左右两端分别紧固连接内缸体和活塞杆；二级右腔室设有内活塞，内活塞将二级右腔室分为缓冲室和压力油腔室，内活塞在液压油的作用下可在内缸体内部做往复运动，缓冲室设有缓冲弹簧，缓冲弹簧左右两端分别紧固连接活塞杆和内活塞；二级左腔室和缓冲室无液压油，通过排气孔与外界空气连通。

所述的内置液控单向阀控制液压油从一级左腔室单向流通到压力油腔室，液控单向阀的控制油路连通一级右腔室。

一种低频变谐振电液激振缸的谐振频率无级变化方法，其液压控制系统包括电液激振阀、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、油箱、溢流阀、液压源。

当变谐振电液激振缸工作时，在电液激振阀的作用下使得变谐振电液激振缸一级左右腔室交替连通液压源和油箱，使得内缸体做往复运动；压力油腔室的压力高于一级左腔室和一级右腔室的压力，内置液控单向阀关闭，压力油腔室处于闭锁状态，活塞杆在内缸体的带动以及截锥螺旋弹簧和缓冲弹簧的作用下做往复运动，输出激振波形；相比于机械弹簧压缩性，油液压缩性可以忽略，变谐振电液激振缸固有频率主要和截锥螺旋弹簧和缓冲弹簧的刚度有关，且其固有频率较低，此时若激振频率和变谐振电液激振缸系统固有频率一致或接近，会发生谐振，振动输出幅值或载荷大幅度提升。

变谐振电液激振缸系统固有频率调节：当变谐振电液激振缸空载时，电液激振阀处于中位，激振缸处于锁紧状态，打开第一节流阀，关闭第二第三节流阀，调节溢流阀压力使其高于压力油腔室压力，在内置液控单向阀的作用下，液压油进入压力油腔室，内活塞向左移动，在缓冲弹簧的推动下，活塞杆向左移动，压缩截锥螺旋弹簧，直到截锥螺旋弹簧大圈开始发生并圈现象，截锥螺旋弹簧刚度不断增大直至完全并紧，进而使变谐振激振缸固有频率不断增大，可在不同激振频率下发生谐振，达到无级调节截锥螺旋弹簧刚度进而无级调节激振缸谐振频率的目的；

当电液激振阀处于中位，激振缸处于锁紧状态，关闭第一节流阀，打开第二、第三节流阀，调节溢流阀压力使其高于压力油腔室压力，高压油通过一级右腔室作用于内置液控单向阀控制油路，液控单向阀打开，压力油腔室通过一级左腔室、第二节流阀和油箱连通泄压，截锥螺旋弹簧复位，回到初始状态。

本发明的有益效果：

(1)本发明的低频变谐振电液激振缸在截锥螺旋弹簧和缓冲弹簧的作用下使激振缸固有频率较低，且此时激振缸固有频率与截锥螺旋弹簧和缓冲弹簧的刚度有关，与油液压缩性无关，不会产生较大的冲击波压力从而影响激振系统的稳定性和安全性，谐振能量能够在低频段被充分合理利用，相比于传统电液激振缸，无级变谐振电液激振缸在同一激振频率和液压源下能够输出更大的振幅或振动载荷。

(2)本发明提供了一种低频变谐振电液激振缸的谐振频率无级变化方法，该无级变谐振电液激振缸通过改变截锥螺旋弹簧的刚度改变激振缸系统固有振动频率，可以通过无级调节截锥螺旋弹簧刚度进而无级调节激振缸系统固有频率，使得在低频工作段激振缸能调节自身系统固有频率与所需激振频率一致，产生谐振，提升振动输出幅值或负载，有效提高电液激振缸工作效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的工作原理示意图。

图中：1-外缸体，101-一级左腔室，102-一级右腔室，2-内置液控单向阀，3-内缸体，31-二级左腔室，32-缓冲室，33-压力油腔室，4-流道，5-截锥螺旋弹簧，6-缓冲弹簧，7-内活塞，8-活塞杆，9-排气孔，10-第一节流阀，11-第二节流阀，12-第三节流阀，13-电液激振阀，14-油箱，15-溢流阀，16-外负载。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种低频变谐振电液激振缸，包括外缸体1、内置液控单向阀2、内缸体3、流道4、截锥螺旋弹簧5、缓冲弹簧6、内活塞7、活塞杆8、排气孔9。

所述的内缸体3在液压油的作用下可在外缸体1内部做往复运动，且两者形成一级左腔室101和一级右腔室102；所述的活塞杆8在液压油的作用下可在内缸体3内部做往复运动，且两者形成二级左腔室31和二级右腔室；二级左腔室31设有截锥螺旋弹簧5，截锥螺旋弹簧5左右两端分别紧固连接内缸体3和活塞杆8；二级右腔室设有内活塞7，内活塞7将二级右腔室分为缓冲室32和压力油腔室33，内活塞7在液压油的作用下可在内缸体3内部做往复运动，缓冲室32设有缓冲弹簧6，缓冲弹簧6左右两端分别紧固连接活塞杆8和内活塞7；二级左腔室31和缓冲室32无液压油，通过排气孔9与外界空气连通。

所述的内置液控单向阀2控制液压油从一级左腔室101单向流通到压力油腔室33，液控单向阀2的控制油路连通一级右腔室102。

如图2所示，一种低频变谐振电液激振缸的谐振频率无级变化方法，其液压控制系统包括电液激振阀13、第一节流阀10、第二节流阀11、第三节流阀12、油箱14、溢流阀15、液压源。

当变谐振电液激振缸工作时，在电液激振阀13的作用下使得变谐振电液激振缸一级左腔室101和一级右腔室102交替连通液压源和油箱，使得内缸体3做往复运动；压力油腔室33的压力高于一级左腔室101和一级右腔室102的压力，内置液控单向阀2关闭，压力油腔室33处于闭锁状态，活塞杆8在内缸体3的带动以及截锥螺旋弹簧5和缓冲弹簧6的作用下做往复运动，输出激振波形；相比于机械弹簧压缩性，油液压缩性可以忽略，故变谐振电液激振缸固有频率主要和截锥螺旋弹簧5和缓冲弹簧6的刚度有关，且其固有频率较低，此时若激振频率和变谐振激振缸固有频率一致或接近，会发生谐振，振动输出幅值或载荷大幅度提升。

变谐振电液激振缸系统固有频率调节：当变谐振电液激振缸空载时，电液激振阀13处于中位，激振缸处于锁紧状态，打开第一节流阀10，关闭第二节流阀11和第三节流阀12，调节溢流阀15压力使其高于压力油腔室33压力，在内置液控单向阀2的作用下，液压油进入压力油腔室33，内活塞7向左移动，在缓冲弹簧6的推动下，活塞杆8向左移动，压缩截锥螺旋弹簧5，直到截锥螺旋弹簧5大圈开始发生并圈现象，截锥螺旋弹簧5刚度不断增大直至完全并紧，进而使变谐振激振缸固有频率不断增大，可在不同激振频率下发生谐振，达到无级调节截锥螺旋弹簧5刚度进而无级调节激振缸谐振频率的目的；

当电液激振阀13处于中位，激振缸处于锁紧状态，关闭第一节流阀10，打开第二节流阀11和第三节流阀12，调节溢流阀15压力使其高于压力油腔室33压力，高压油通过一级右腔室102作用于内置液控单向阀2控制油路，液控单向阀2打开，压力油腔室通过一级左腔室101、第二节流阀11和油箱14连通泄压，截锥螺旋弹簧5复位，回到初始状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。