一種機械式交流液壓復雜激振波形發生及控制裝置的制作方法

本發明屬于交流液壓技術領域，涉及機械、液壓傳動控制，尤其是一種應用機械結構產生復雜激振波形的可控發生裝置。

背景技術：

交流液壓技術是相對于直流液壓技術發展而來的一門技術，它以液壓流體為媒介通過周期性的壓力或流量變化在液壓元件之間傳遞能量。交流液壓系統不僅具有一般液壓系統的平穩可靠、功率重量比大、運轉時可實現自潤滑等優點外，還具有自身獨特的優勢，如在作為振動輸出時，具有頻率高、推力大、能在溫差較大的環境中工作、易于實現過載保護、執行元件和動力源可有效隔離等。交流液壓在具有沖擊振動和往復運動的設備中應用較為廣泛，動態三軸試驗儀就是交流液壓很好地應用。三軸試驗儀主要用于土的強度、應力應變性能和其他力學性能的測試，它是研究土的強度和本構特性極其重要的設備，可對靜態和動態土樣的多種參數進行測量。在實際工作中根據不同土樣的性質來事先設定交流流量的幅值和頻率大小。然而，受交流液壓系統自身精度的限制，實現復雜激振波形的發生和控制是非常困難的。

目前，國內外應用交流液壓原理產生的激振波主要是一些簡單波形如正弦波，通常通過電液伺服系統(高精度伺服閥)或機械結構(曲柄連桿機構)來實現。高精度伺服閥的研發一直被國外企業所壟斷，該種實現方式雖然能滿足一些低頻設備的要求，但成本相對較高，并且對液壓油的要求較高、抗污染能力低；采用曲柄連桿機構的實現方式所得波形比較單一，只能產生正弦波。因此，采用現有裝置及實現方法無法實現復雜激振波的發生和控制要求。

技術實現要素：

本發明的目的是：提供一種交流流量發生和控制裝置，實現復雜激振波形的產生及交流流量頻率的精確控制；解決電液伺服系統的成本高、液壓油質量要求高和曲柄連桿機構無法實現復雜激振波形的問題。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種機械式交流液壓復雜激振波形發生及控制裝置，由三套子系統組成，分別是復雜波形發生子系統、交流轉換子系統和交流放大子系統；交流轉換子系統將復雜波形發生子系統產生的位移波轉換為液壓系統中的流量波，然后流量波經過交流放大子系統放大后輸出。

所述的復雜波形發生子系統主要包括伺服電機1、伺服電動機支座39、棘輪a2、質量飛輪3、支撐板c32、輔助電動機38、支撐板a37、棘輪b35、皮帶36、從動輪4、聯軸器a34、減速箱5、支撐板b33、聯軸器b6、電磁離合器7等。

所述的支撐板a37、支撐板b33和支撐板c32固定于水平地面上，用于支撐系統中各運動部件。伺服電動機支座39固定在支撐板a37上，用于固定伺服電機1；輔助電動機38固定支撐板a37上，通過棘輪b35、皮帶36、從動輪4與伺服電機1通過棘輪a2共同帶動質量飛輪3轉動。固定于支撐板b33上的減速箱5通過聯軸器a34和聯軸器b6分別與質量飛輪3軸和電磁離合器7軸相連。盤形凸輪8通過凸輪固定支座31固定于支撐板c32上，編碼器30固定于凸輪固定支座31的右端，用來記錄盤形凸輪8的轉速，并將監測信號反饋給伺服電機1，形成閉環，進而實現對凸輪轉速的精確控制；其中安裝在支撐板c32上的凸輪固定支座31是可拆卸的，可以通過更換不同形狀的盤形凸輪8來獲得不同的復雜激振波形。最終通過機械結構來實現復雜激振波幅值和頻率的精確控制。

所述的交流轉換子系統主要包括滾輪29、導桿12、法蘭9、回程彈簧10、擋板11、液壓缸13、液壓缸支座14、支撐板d15、壓力傳感器16、進油口17等。

所述的支撐板d15固定于豎直墻壁上，用于支撐交流轉換子系統。液壓缸13通過液壓缸支座14固定在支撐板d15上，帶有滾輪29的導桿12一端與盤形凸輪8接觸，導桿12另一端與液壓缸13活塞桿相連；回程彈簧10一端通過法蘭9固定在導桿12上，另一端固定在擋板11上，用來保證導桿12能帶動液壓缸13跟隨盤形凸輪8進行上下往復運動；液壓缸13將與盤形凸輪8相連的導桿12的上下直線運動轉換為液壓系統的流量變化，從而將復雜波形發生子系統產生的位移波轉換為液壓系統中的流量波，并通過液壓管路輸送到交流放大子系統；在液壓缸13的上端口處安裝壓力傳感器16和系統進油口17，壓力傳感器16用于實時監測液壓缸13的壓力，進油口17主要是為系統提供初始液壓油和實現液壓油的更換，外部油源系統根據壓力傳感器16的反饋信號通過進油口17給交流轉換子系統輸入一定壓力的液壓油。

所述的交流放大子系統主要包括流量比例選擇開關18、增壓液壓缸a19、四通接口a20、增壓液壓缸b21、增壓液壓缸c22、連接法蘭23、增壓液壓缸上支座24、支撐板e25、出油口開關26、四通接口b27和增壓液壓缸下支座28等。

所述的支撐板e25固定于豎直墻壁上，通過增壓液壓缸上支座24和增壓液壓缸下支座28支撐交流放大子系統；四通接口a20將液壓缸13的流量輸送給不同的增壓液壓缸；流量比例選擇開關18位于增壓液壓缸的上部，用來選擇不同增壓液壓缸的啟閉，實現不同液壓流量的放大。

所述的增壓液壓缸a、增壓液壓缸b、增壓液壓缸c是交流放大子系統的重要組成部分，三者通過增壓液壓缸支座固定于支撐板e25上；三個增壓液壓缸的整體結構相同，但三個增壓液壓缸的上部分缸筒內徑不同，即三個增壓液壓缸上部分缸筒內徑與液壓缸13的內徑比不同，增壓液壓缸a上部分缸筒內徑與液壓缸13的內徑比為增壓液壓缸b上部分缸筒內徑與液壓缸13的內徑比為增壓液壓缸c上部分缸筒內徑與液壓缸13的內徑比為1：2。三個增壓液壓缸內部活塞桿上裝有回程彈簧10，保證增壓液壓缸的活塞實現上下往復運動。出油口開關26與流量比例選擇開關18配合使用，用來選擇不同液壓缸系統。根據增壓液壓缸上部缸筒內徑與液壓缸13的內徑比不同，將液壓缸13輸出口的流量幅值按1：2、1：3或1：4的比例進行放大，最終在四通接口27處輸出經交流放大子系統放大的交流流量。

本發明的效果和益處是：該裝置由復雜波形發生子系統、交流轉換子系統和交流放大子系統三部分組成，能夠將不同形狀的盤形凸輪產生的復雜位移波形通過交流轉換子系統轉變為液壓系統流量的變化，再經過交流放大子系統按照一定比例放大后，最終在輸出端獲得不同幅值和頻率的交流流量。通過伺服電機、減速箱和編碼器形成的閉環，可實現對交流流量波的頻率進行精確控制，質量飛輪保證流量波頻率的穩定性；通過更換不同形狀的凸輪來獲得不同的復雜激振波形；輔助電動機和皮帶之間采用棘輪傳動，當輔助電動機轉速高主軸轉速時，輔助電動機帶動主軸轉動，當輔助電動機轉速低于主軸轉速時，輔助電動機將對主軸不起作用，從而確保裝置平穩啟動；通過選擇不同流量比例選擇開關的啟閉可實現流量波幅值不同比例的放大。該裝置具有結構靈巧、布局合理、適應性強、壽命長、控制精度高，采用機械結構獲得高精度的復雜壓力波，具有良好的經濟性和推廣價值。

附圖說明

圖1是一種機械式交流液壓復雜激振波形發生及控制裝置結構的主視圖。

圖2是一種機械式交流液壓復雜激振波形發生及控制裝置結構的俯視圖。

圖3是一種機械式交流液壓復雜激振波形發生及控制裝置結構的左視圖。

圖4是一種機械式交流液壓復雜激振波形發生及控制裝置結構的等軸測圖。

圖中：1伺服電機；2棘輪a；3質量飛輪；4從動輪；5減速箱；6聯軸器b；7電磁離合器；8盤形凸輪；9法蘭；10回程彈簧；11擋板；12導桿；13液壓缸；14液壓缸支座；15支撐板d；16壓力傳感器；17進油口；18流量比例選擇開關；19增壓液壓缸a；20四通接口a；21增壓液壓缸b；22增壓液壓缸c；23連接法蘭；24增壓液壓缸上支座；25支撐板e；26出油口開關；27四通接口b；28增壓液壓缸下支座；29滾輪；30編碼器；31凸輪固定支座；32支撐板c；33支撐板b；34聯軸器a；35棘輪b；36皮帶；37支撐板a；38輔助電動機；39伺服電動機支座。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。

如附圖1-4所示，裝配時零件用煤油清洗，晾干后配合表面涂油，各零件不加工表面應清洗干凈，除去毛邊、毛刺，浸涂防銹漆，在密封口纏繞多層生膠帶，嚴格保證液壓缸及液壓缸與管路連接處的密封性，確保液壓缸活塞桿與連接桿的同軸度，合理布局防止各運動部件產生干涉。該裝置主要由三部分組成，分別是復雜波形發生子系統、交流轉換子系統和交流放大子系統。支撐板a37、支撐板b33、支撐板c32固定于地面，用于支撐復雜波形發生子系統；支撐板d15、支撐板e25固定于豎直墻壁上，分別用于支撐交流轉換子系統和交流放大子系統。伺服電動機支座39固定于支撐板a37上用于固定伺服電機；輔助電動機直接固定于支撐板a上；減速箱5固定于支撐板b上；凸輪固定支座31固定于支撐板c上，用于固定盤形凸輪8；液壓缸支座14固定于支撐板d上，用于固定交流轉換子系統的液壓缸13；增壓液壓缸上支座24和增壓液壓缸下支座28固定在支撐板e上，用于固定不同比例放大的增壓液壓缸。交流轉換子系統將復雜波形發生子系統產生的位移波轉換為液壓系統中的流量波，然后經過交流放大子系統放大后輸出。

電機啟動前，外部油源系統在壓力傳感器16的控制作用下通過進油口17對交流轉換子系統填充一定壓力的液壓油，然后關閉進油口。開啟輔助電動機38，輔助電動機通過棘輪b35、皮帶36、從動輪4帶動質量飛輪3和主傳動軸轉動；轉動平穩后，開啟伺服電機1，伺服電機采用高精度位置控制模式，脈沖為10000個/圈；由棘輪傳動的特點當伺服電機轉速低于主軸轉速時，伺服電機對主軸不起作用，此時輔助電動機與主軸轉速相同，隨著伺服電機轉速增加，其將于主軸轉速相同并高于輔助電動機，關閉輔助電動機，即實現裝置的平穩啟動；伺服電機在安裝與凸輪固定支座31右端編碼器30的控制作用下可對盤形凸輪8的轉速進行精確控制，該轉速即為復雜激振波的頻率，質量飛輪3保證該轉速的穩定性，有效提高了激振波頻率的精度。

機械結構完成復雜激振波的產生后，交流轉換子系統通過滾輪29、導桿12并在回程彈簧10的作用下將復雜激振波位移轉換為液壓系統流量波的形式，并從液壓缸13輸出。由于盤型凸輪8大小有限，所以液壓缸13輸出流量波的幅值相對較小，需要通過交流放大子系統進一步放大。

交流放大子系統主要由三套增壓液壓缸組成，每套增壓液壓缸由上下兩個不同直徑的液壓缸組成，兩者通過連接法蘭23相連接，內部裝有回程彈簧保證增壓液壓缸內部活塞桿實現往復運動。從交流轉換子系統傳輸的交流流量經不同流量比例選擇開關18，通過增壓液壓缸的放大，在四通接口b輸出不同幅值的復雜激振波。該裝置具有結構靈巧、布局合理、適應性強、壽命長、控制精度高，采用機械結構獲得高精度的復雜壓力波，具有良好的經濟性和推廣價值。