阀芯转移复合式液压激振控制阀

摘要

本发明公开了一种阀芯转移复合式液压激振控制阀，包括阀体、阀芯、阀套、旋转电机端盖、联接器、弹簧、堵头、直线电机、旋转电机，阀体的内腔固定设置有阀套，阀套内活动设置有阀芯；阀芯能够相对于阀套旋转运动，也能够在阀套内沿轴向运动。本发明的出油口和回油口方向相对，轴向液动力合力方向减弱，分析得出合力方向朝着直线电机端，与压缩弹簧共同作用，能够消除丝杆的调节过程的间隙，工作中轴向定位仅依赖于丝杆限位，从而增加了轴向定位的精确性和稳定性。本发明还公开了一种采用阀芯转移复合式液压激振控制阀的液压系统。

说明书

技术领域

 本发明涉及一种控制阀，具体涉及一种阀芯转移复合式液压激振控制阀。

背景技术

汽车零部件、航天航空、船舶、振动筛、振动桩锤、振动筛和捣固机等对产品要求越来越高。在产品的性能测试中，需要进行疲劳测试试验。由于振动设备能够改变被激振的物体的原有存在状态，如位置和受力大小等，因此越来越受到人们的重视。振动设备包括激振器和振动台两种，激振器与振动台的原理类似，关键部件都是激振系统。激振器可以分为机械式、电动式、电液式。机械式激振器的结构简单，成本低，安装方便，维护容易，幅值不随频率变化而变化，但调频范围小，调频结构复杂，波形失真大，不能反馈控制，一般用于低频和小振幅的试验中；电动式激振器的动态性和系统线性好，控制容易，能够实现反馈控制，主要用于小振幅和低输出力场合；电液式激振器的结构复杂，成本高，制造精度高，维修贵，主要应用在大输出力、幅值不大、中低频场合。

为了满足大输出力的要求，目前出现了一种转阀电液式激振器，通过阀套和阀芯的特殊配合，以及相对的旋转运动，能够独立调节幅值和频率，有许多滑阀所不具备的特点，如成本低、控制简单等。但是，其转阀结构存在很多问题，如阀芯两个轴端密封较困难和复杂；阀芯的轴向位移控制不可靠，轴向会发生微量移动；阀套与阀芯的配合关系导致阀芯受到液动力比较大；轴向位移调节流量的线性度不好等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种阀芯转移复合式液压激振控制阀，它可以产生激振力加载的效果。

为解决上述技术问题，本发明阀芯转移复合式液压激振控制阀的技术解决方案为：

包括阀体8，阀体8的内腔固定设置有阀套9，阀套9内活动设置有阀芯10；阀芯10能够相对于阀套9旋转运动，也能够在阀套9内沿轴向运动；阀芯10的右端与钢珠19相抵；堵头12通过钢珠19压紧阀芯10的右端，起到对阀芯10右端的轴向定位作用；堵头12通过丝杆连接直线电机15；直线电机15的旋转驱动丝杆直线移动，丝杆通过堵头12带动阀芯10直线移动；阀芯10的左端形成轴颈，阀芯10的轴颈通过联轴器5与旋转电机1的电机轴3连接；旋转电机1能够驱动阀芯10作旋转运动；阀芯10的轴颈套设有弹簧6，通过弹簧6对阀芯10的左端施以预紧力，实现对阀芯10左端的轴向定位；阀套9上沿轴向开设有多个节流口，依次为第一节流口27、第二节流口29、第三节流口30、第四节流口32；阀套9上沿周向开设有多个A路液压缸联通口28和多个B路液压缸联通口31；阀体8的内孔沿轴向分布有高压油口P、油箱口T、A路液压缸口、B路液压缸口；阀套9的第一节流口27和第三节流口30与高压油口P相连通，第二节流口29和第四节流口32与油箱口T相连通，A路液压缸联通口28与A路液压缸口相连通，B路液压缸联通口31与B路液压缸口相连通；阀芯10上沿轴向开设有多圈沟槽，依次为第一圈沟槽35、第二圈沟槽36、第三圈沟槽37、第四圈沟槽38；每圈沟槽包括数目相同的多个沟槽，多个沟槽周向均匀分布；第二圈沟槽36与第三圈沟槽37的相位相同，第一圈沟槽35与第四圈沟槽38的相位相同，第一圈沟槽35的多个沟槽与第二圈沟槽36的多个沟槽沿周向交错分布。

初始位置下，所述阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30完全连通，阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38与阀套9的第一节流口27、第四节流口32不连通，此时A路液压缸联通口28与高压油口P连通，B路液压缸联通口31与油箱口T连通，阀芯10的转动角度为                                               =0；当阀芯10转动的角度为=，此时阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30恰好开始不连通，而阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38分别与阀套9的第一节流口27、第四节流口32恰好开始相通；当阀芯10转动的角度为=2，此时阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30不连通，而阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38分别与阀套9的第一节流口27、第四节流口32完全连通，此时B路液压缸联通口31与高压油口P连通，A路液压缸联通口28与油箱口T连通；当阀芯10转动的角度为=3，此时阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30恰好开始相通，而阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38分别与阀套9的第一节流口27、第四节流口32恰好开始不相通；当阀芯10转动的角度为=4，与初始位置=0相同，完成一次循环，即一个循环的运动周期是4，4等于相邻沟槽所对应的圆心角a；其中，=a/4，相邻沟槽中心线所夹的圆心角a=360o/Z，Z为每圈沟槽的数目。

当所述阀体8的高压油口P通过阀芯10的第二圈沟槽36和第四圈沟槽38分别与油路A、B相连通，此时控制阀108处于工作状态；当直线电机15带动阀芯10相对于阀套9向右运动一距离，高压油口P被堵死，控制阀108停止工作。

所述堵头12上套设有直线电机端阀体端盖11；直线电机端阀体端盖11与阀体8之间设置有O型密封圈18；直线电机端阀体端盖11的内孔与堵头12之间设置有格莱圈17和防尘圈16。

所述堵头12包括圆柱段和长方体段，堵头12的圆柱段与格莱圈17相配合，实现密封液压油的作用；堵头12的长方体段与直线电机端阀体端盖11的方孔相配合，以限定丝杆作旋转运动，使丝杆只能作直线运动；堵头12的圆柱段的端面中心形成有与钢珠19相配合的凹槽，起到对钢珠19位置的定心作用，减少阀芯10的旋转摩擦。

所述阀芯10的左端套设有旋转轴端阀体端盖4；旋转轴端阀体端盖4与阀体8之间设置有O型密封圈21；旋转轴端阀体端盖4的内孔与阀芯10之间设置有格莱圈22和防尘圈23。

所述联轴器5的右端形成一弹簧安装台肩24，阀芯10的连接段形成有弹簧定位凸台26，弹簧安装台肩24和弹簧定位凸台26对弹簧6进行导向和定位。

所述第二圈沟槽36与第三圈沟槽37的各沟槽的轴向长度、周向长度分别相同，控制高压油口P的通断；第一圈沟槽35与第四圈沟槽38的各沟槽的轴向长度、周向长度分别相同，控制油箱口T的通断。

所述第二圈沟槽36和第四圈沟槽38的各沟槽的轴向长度大于第一圈沟槽35和第三圈沟槽37的各沟槽的轴向长度。

本发明还提供一种采用阀芯转移复合式液压激振控制阀的液压系统，其技术解决方案为：

油箱101的输出端连接液压泵103的输出端，油箱101与液压泵103之间设置有过滤器102；液压泵103的输入端通过单向阀104连接控制阀108的高压油口P；控制阀108的油箱口T连接冷却器109；控制阀108的两支油路A、B 分别连接液压缸110的双出杆；控制阀108与溢流减压阀107、压力传感器105相并联；溢流减压阀107所在支路串联有蓄能器106；通过旋转电机1和直线电机15控制阀芯10的运动，从而控制进入双出杆液压缸110的液压油的进出方向，使得液压缸110往复运动，活塞杆产生位移，与物体接触，产生激振力加载的效果。

本发明可以达到的技术效果是：

由于液动力方向为使导通面积减小的方向，本发明的出油口和回油口方向相对，轴向液动力合力方向减弱，分析得出合力方向朝着直线电机端，与压缩弹簧共同作用，能够消除丝杆的调节过程的间隙，工作中轴向定位仅依赖于丝杆限位，从而增加了轴向定位的精确性和稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明阀芯转移复合式液压激振控制阀的示意图；

图2a是本发明的联轴器的示意图；

图2b是图2a的C-C剖面图；

图3是本发明的阀芯左端的弹簧装配示意图；

图4是本发明的堵头的示意图；

图5是本发明的阀套的示意图；

图6a至图6c是本发明的阀芯的示意图；其中，图6b、图6c是图6a中的A-A、B-B剖面图；

图7a至图7d是本发明的阀套与阀芯的配合示意图；

图8是本发明处于最大流量下的工作状态示意图；

图9是本发明处于非工作状态的示意图；

图10是采用本发明的液压系统图。

图中附图标记说明：

1为旋转电机，                2、7为通过螺钉，

3为电机轴，                  4为旋转轴端阀体端盖，

5为联轴器，                  6为弹簧，

8为阀体，

9为阀套，                    10为阀芯，

11为直线电机端阀体端盖，     12为堵头，

13、14为通过螺钉，

15为直线电机，               16为防尘圈，

17为格莱圈，                 18为O型密封圈，

19为钢珠，

21为O型密封圈，             22为格莱圈，

23为防尘圈，                 24为弹簧安装台肩，

25为键，                     26为弹簧定位凸台，

27为第一节流口，             28为A路液压缸联通口，

29为第二节流口，             30为第三节流口，

31为B路液压缸联通口，       32为第四节流口，

33为密封圈安装槽，           34为阀芯键槽，

35为第一圈沟槽，             36为第二圈沟槽，

37为第三圈沟槽，             38为第四圈沟槽，

101为油箱，             102为过滤器，

103为液压泵，           104为单向阀，

105为压力传感器，       106为蓄能器，

107为溢流减压阀，        108为阀芯转移复合式液压激振控制阀，

109为冷却器，           110为液压缸。

具体实施方式

如图1所示，本发明阀芯转移复合式液压激振控制阀108，包括阀体8，阀体8的内腔固定设置有阀套9，阀套9内活动设置有阀芯10；阀芯10能够相对于阀套9旋转运动，也能够在阀套9内沿轴向运动；

阀芯10的右端与钢珠19相抵；堵头12通过钢珠19压紧阀芯10的右端，起到对阀芯10右端的轴向定位作用；堵头12的右端通过丝杆连接直线电机15；直线电机15的旋转驱动丝杆左右直线移动，丝杆通过堵头12带动阀芯10左右直线移动；堵头12上套设有直线电机端阀体端盖11，直线电机端阀体端盖11的左端面抵住阀体8，直线电机端阀体端盖11与阀体8之间设置有O型密封圈18；直线电机端阀体端盖11的右端面抵住直线电机15；直线电机端阀体端盖11的内孔与堵头12之间设置有格莱圈17和防尘圈16；直线电机15、直线电机端阀体端盖11分别通过螺钉14、13固定设置；

如图4所示，堵头12包括圆柱段和长方体段，堵头12的圆柱段与格莱圈17相配合，实现密封液压油的作用；堵头12的长方体段与直线电机端阀体端盖11的方孔相配合，以限定丝杆作旋转运动，使丝杆只能作直线运动；堵头12的圆柱段的端面中心形成有与钢珠19相配合的凹槽，起到对钢珠19位置的定心作用，减少阀芯10的旋转摩擦；

阀芯10的左端形成轴颈，阀芯10的轴颈通过如图2a、图2b所示的联轴器5与旋转电机1的电机轴3连接；旋转电机1能够驱动阀芯10作旋转运动；阀芯10的左端套设有旋转轴端阀体端盖4，旋转轴端阀体端盖4的右端面抵住阀体8和阀套9，旋转轴端阀体端盖4与阀体8之间设置有O型密封圈21；旋转轴端阀体端盖4的左端面抵住旋转电机1；旋转轴端阀体端盖4的内孔与阀芯10之间设置有格莱圈22和防尘圈23；阀芯10的左端轴颈形成阀芯键槽34，阀芯10的轴颈与联轴器5之间通过设置于阀芯键槽34内的键25实现固定连接；旋转电机1、旋转轴端阀体端盖4分别通过螺钉2、7固定设置；

旋转轴端阀体端盖4形成腔体，阀芯10的轴颈、旋转电机1的电机轴3及连接二者的联轴器5位于该腔体内；

如图3所示，阀芯10的轴颈套设有弹簧6，通过弹簧6对阀芯10的左端施以预紧力，实现对阀芯10左端的轴向定位；联轴器5的右端形成一弹簧安装台肩24，阀芯10的连接段形成有弹簧定位凸台26，弹簧安装台肩24和弹簧定位凸台26对弹簧6进行导向和定位；

本发明的阀芯10的左端受弹簧6的预紧力，而阀芯10的右端受堵头12作用于钢珠19的挤压力，从而实现轴向定位。

轴向定位的好坏，预紧弹簧的安装好坏对控制阀的性能起到决定性作用；本发明的阀芯10的左端轴颈作为弹簧6的导杆，并且在联轴器5的右端形成一弹簧安装台肩24，阀芯10的连接段形成弹簧定位凸台26，从而对弹簧6起到导向和定位作用；

由于阀芯10的两端都需要电机控制运动，受到安装空间和本身运动的约束，其密封比较困难；本发明的阀芯10的左端与端盖4直接配合，加防尘圈23和格莱圈22密封，阀体8与端盖4之间使用O型圈21；本发明的阀芯10的右端通过堵头12与端盖11配合，加防尘圈16和格莱圈17密封，阀体8与端盖11之间使用O型圈18。本发明所采用的结构，安装方便，结构简单可靠，解决了电机端的阀体密封问题。

如图5所示，阀套9上沿轴向开设有多个节流口，从左到右依次为第一节流口27、第二节流口29、第三节流口30、第四节流口32；节流口的轴向长度和周向长度各自相同；第一节流口27与第二节流口29之间沿周向开设有多个A路液压缸联通口28，第三节流口30与第四节流口32之间沿周向开设有多个B路液压缸联通口31；

阀套9上沿轴向形成有多个密封圈安装槽33，用于实现阀套9与阀体8之间的密封；

阀体8的内孔沿轴向开设有高压油口P、油箱口T、A路液压缸口、B路液压缸口；第一节流口27和第三节流口30与高压油口P相连通，第二节流口29和第四节流口32与油箱口T相连通，A路液压缸联通口28与A路液压缸口相连通，B路液压缸联通口31与B路液压缸口相连通；

如图6a至图6c所示，阀芯10上沿轴向开设有多圈沟槽，从左到右依次为第一圈沟槽35、第二圈沟槽36、第三圈沟槽37、第四圈沟槽38；每圈沟槽包括数目相同的多个沟槽，多个沟槽周向均匀分布；第二圈沟槽36与第三圈沟槽37的相位相同，第一圈沟槽35与第四圈沟槽38的相位相同，第一圈沟槽35的四个沟槽与第二圈沟槽36的四个沟槽沿周向交错分布（图中每圈包括四个沟槽，第一圈沟槽35的四个沟槽与第二圈沟槽36的四个沟槽沿周向相差45度）；

第二圈沟槽36与第三圈沟槽37的各沟槽的轴向长度、周向长度分别相同，控制高压油口P的通断；第一圈沟槽35与第四圈沟槽38的各沟槽的轴向长度、周向长度分别相同，控制油箱口T的通断；

第二圈沟槽36和第四圈沟槽38的各沟槽的轴向长度大于第一圈沟槽35和第三圈沟槽37的各沟槽的轴向长度，以保证阀芯10在左右移动的过程中，沟槽能够与阀套9配合工作，稳定控制油路A、B的油路换向，优点是只改变高压油口P的轴向大小，而油箱口T轴向大小不变，解决了高压油口P和油箱口T的调节过程中的耦合干扰，轴向调节流量的线性度更好。

本发明的阀芯10上的沟槽设置，能够实现稳态液动力总是使导通面积减小的方向，出油口和回油口方向相对，轴向液动力合力方向减弱，分析得出合力方向朝着直线电机端，与压缩弹簧一起，能够消除丝杆的调节过程的间隙，工作中轴向定位仅依赖于丝杆限位，从而增加了轴向定位的精确性和稳定性。

图7a至图7d为阀套9与阀芯10配合的位置关系，实线为第二圈沟槽36或第三圈沟槽37的位置，虚线为第一圈沟槽35或第四圈沟槽38的位置；每圈沟槽的数目为Z，相邻沟槽中心线在阀芯10表面投影线与阀芯10周线相交于两点，在径向所对应的锐角为圆心角，则相邻沟槽中心线所夹的圆心角a=360o/Z，第二圈沟槽36和第三圈沟槽37、第一圈沟槽35和第四圈沟槽38之间相差a/2；

如图7a所示，初始位置下，阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30完全连通，阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38与阀套9的第一节流口27、第四节流口32不连通，此时A路液压缸联通口28与高压油口P连通，B路液压缸联通口31与油箱口T连通，阀芯10的转动角度为=0；

如图7b所示，当阀芯10顺时钟转动的角度为=（=a/4，即=90 o/Z），此时阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30恰好开始不连通，而阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38分别与阀套9的第一节流口27、第四节流口32恰好开始相通；

如图7c所示，当阀芯10顺时钟转动的角度为=2，此时阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30不连通，而阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38分别与阀套9的第一节流口27、第四节流口32完全连通，此时B路液压缸联通口31与高压油口P连通，A路液压缸联通口28与油箱口T连通；

如图7d所示，当阀芯10顺时钟转动的角度为=3，此时阀芯10的第二圈沟槽36、第三圈沟槽37分别与阀套9的第二节流口29、第三节流口30恰好开始相通，而阀芯10的第一圈沟槽35、第四圈沟槽38分别与阀套9的第一节流口27、第四节流口32恰好开始不相通；

当阀芯10顺时钟转动的角度为=4，与初始位置=0相同，完成一次循环，即一个循环的运动周期是4，4等于相邻沟槽所对应的圆心角a。

可以看出，当阀芯10所转过的角度从=0到=，是A路液压缸联通口28与高压油口P连通，B路液压缸联通口31与油箱口T连通的过程，且节流面积随转角增大而减小；当阀芯10所转过的角度从=到=2，是B路液压缸联通口31与高压油口P连通，A路液压缸联通口28与油箱口T连通，且节流面积随转角增大而增大的过程；当阀芯10所转过的角度从=2到=3，是B路液压缸联通口31与高压油口P联通，A路液压缸联通口28与油箱口T联通，且节流面积随转角增大而减小的过程；当阀芯10所转过的角度从=3到=4，是A路液压缸联通口28与高压油口P联通，B路液压缸联通口31与油箱口T联通过程，且节流面积随转角增大而增大的过程。

如图8所示，阀体8的高压油口P通过阀芯10的第二圈沟槽36和第四圈沟槽38分别与油路A、B相连通，此时控制阀108处于工作状态；如图9所示，当直线电机15带动阀芯10相对于阀套9向右运动一定距离，高压油口P被堵死，控制阀108停止工作。

本发明可采用如图10所示的液压系统；油箱101的输出端连接液压泵103的输出端，油箱101与液压泵103之间设置有过滤器102；液压泵103的输入端通过单向阀104连接控制阀108的高压油口P；控制阀108的油箱口T连接冷却器109；控制阀108的两支油路A、B 分别连接液压缸110的双出杆；

控制阀108与溢流减压阀107、压力传感器105相并联；溢流减压阀107所在支路串联有蓄能器106；

通过旋转电机1和直线电机15控制阀芯10的运动，从而控制进入双出杆液压缸110的液压油的进出方向，使得液压缸110往复运动，活塞杆产生位移，与物体接触，产生激振力加载的效果。