一种机械式交流液压复杂激振波形发生及控制装置的制作方法

本发明属于交流液压技术领域，涉及机械、液压传动控制，尤其是一种应用机械结构产生复杂激振波形的可控发生装置。

背景技术：

交流液压技术是相对于直流液压技术发展而来的一门技术，它以液压流体为媒介通过周期性的压力或流量变化在液压元件之间传递能量。交流液压系统不仅具有一般液压系统的平稳可靠、功率重量比大、运转时可实现自润滑等优点外，还具有自身独特的优势，如在作为振动输出时，具有频率高、推力大、能在温差较大的环境中工作、易于实现过载保护、执行元件和动力源可有效隔离等。交流液压在具有冲击振动和往复运动的设备中应用较为广泛，动态三轴试验仪就是交流液压很好地应用。三轴试验仪主要用于土的强度、应力应变性能和其他力学性能的测试，它是研究土的强度和本构特性极其重要的设备，可对静态和动态土样的多种参数进行测量。在实际工作中根据不同土样的性质来事先设定交流流量的幅值和频率大小。然而，受交流液压系统自身精度的限制，实现复杂激振波形的发生和控制是非常困难的。

目前，国内外应用交流液压原理产生的激振波主要是一些简单波形如正弦波，通常通过电液伺服系统(高精度伺服阀)或机械结构(曲柄连杆机构)来实现。高精度伺服阀的研发一直被国外企业所垄断，该种实现方式虽然能满足一些低频设备的要求，但成本相对较高，并且对液压油的要求较高、抗污染能力低；采用曲柄连杆机构的实现方式所得波形比较单一，只能产生正弦波。因此，采用现有装置及实现方法无法实现复杂激振波的发生和控制要求。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种交流流量发生和控制装置，实现复杂激振波形的产生及交流流量频率的精确控制；解决电液伺服系统的成本高、液压油质量要求高和曲柄连杆机构无法实现复杂激振波形的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机械式交流液压复杂激振波形发生及控制装置，由三套子系统组成，分别是复杂波形发生子系统、交流转换子系统和交流放大子系统；交流转换子系统将复杂波形发生子系统产生的位移波转换为液压系统中的流量波，然后流量波经过交流放大子系统放大后输出。

所述的复杂波形发生子系统主要包括伺服电机1、伺服电动机支座39、棘轮a2、质量飞轮3、支撑板c32、辅助电动机38、支撑板a37、棘轮b35、皮带36、从动轮4、联轴器a34、减速箱5、支撑板b33、联轴器b6、电磁离合器7等。

所述的支撑板a37、支撑板b33和支撑板c32固定于水平地面上，用于支撑系统中各运动部件。伺服电动机支座39固定在支撑板a37上，用于固定伺服电机1；辅助电动机38固定支撑板a37上，通过棘轮b35、皮带36、从动轮4与伺服电机1通过棘轮a2共同带动质量飞轮3转动。固定于支撑板b33上的减速箱5通过联轴器a34和联轴器b6分别与质量飞轮3轴和电磁离合器7轴相连。盘形凸轮8通过凸轮固定支座31固定于支撑板c32上，编码器30固定于凸轮固定支座31的右端，用来记录盘形凸轮8的转速，并将监测信号反馈给伺服电机1，形成闭环，进而实现对凸轮转速的精确控制；其中安装在支撑板c32上的凸轮固定支座31是可拆卸的，可以通过更换不同形状的盘形凸轮8来获得不同的复杂激振波形。最终通过机械结构来实现复杂激振波幅值和频率的精确控制。

所述的交流转换子系统主要包括滚轮29、导杆12、法兰9、回程弹簧10、挡板11、液压缸13、液压缸支座14、支撑板d15、压力传感器16、进油口17等。

所述的支撑板d15固定于竖直墙壁上，用于支撑交流转换子系统。液压缸13通过液压缸支座14固定在支撑板d15上，带有滚轮29的导杆12一端与盘形凸轮8接触，导杆12另一端与液压缸13活塞杆相连；回程弹簧10一端通过法兰9固定在导杆12上，另一端固定在挡板11上，用来保证导杆12能带动液压缸13跟随盘形凸轮8进行上下往复运动；液压缸13将与盘形凸轮8相连的导杆12的上下直线运动转换为液压系统的流量变化，从而将复杂波形发生子系统产生的位移波转换为液压系统中的流量波，并通过液压管路输送到交流放大子系统；在液压缸13的上端口处安装压力传感器16和系统进油口17，压力传感器16用于实时监测液压缸13的压力，进油口17主要是为系统提供初始液压油和实现液压油的更换，外部油源系统根据压力传感器16的反馈信号通过进油口17给交流转换子系统输入一定压力的液压油。

所述的交流放大子系统主要包括流量比例选择开关18、增压液压缸a19、四通接口a20、增压液压缸b21、增压液压缸c22、连接法兰23、增压液压缸上支座24、支撑板e25、出油口开关26、四通接口b27和增压液压缸下支座28等。

所述的支撑板e25固定于竖直墙壁上，通过增压液压缸上支座24和增压液压缸下支座28支撑交流放大子系统；四通接口a20将液压缸13的流量输送给不同的增压液压缸；流量比例选择开关18位于增压液压缸的上部，用来选择不同增压液压缸的启闭，实现不同液压流量的放大。

所述的增压液压缸a、增压液压缸b、增压液压缸c是交流放大子系统的重要组成部分，三者通过增压液压缸支座固定于支撑板e25上；三个增压液压缸的整体结构相同，但三个增压液压缸的上部分缸筒内径不同，即三个增压液压缸上部分缸筒内径与液压缸13的内径比不同，增压液压缸a上部分缸筒内径与液压缸13的内径比为增压液压缸b上部分缸筒内径与液压缸13的内径比为增压液压缸c上部分缸筒内径与液压缸13的内径比为1：2。三个增压液压缸内部活塞杆上装有回程弹簧10，保证增压液压缸的活塞实现上下往复运动。出油口开关26与流量比例选择开关18配合使用，用来选择不同液压缸系统。根据增压液压缸上部缸筒内径与液压缸13的内径比不同，将液压缸13输出口的流量幅值按1：2、1：3或1：4的比例进行放大，最终在四通接口27处输出经交流放大子系统放大的交流流量。

本发明的效果和益处是：该装置由复杂波形发生子系统、交流转换子系统和交流放大子系统三部分组成，能够将不同形状的盘形凸轮产生的复杂位移波形通过交流转换子系统转变为液压系统流量的变化，再经过交流放大子系统按照一定比例放大后，最终在输出端获得不同幅值和频率的交流流量。通过伺服电机、减速箱和编码器形成的闭环，可实现对交流流量波的频率进行精确控制，质量飞轮保证流量波频率的稳定性；通过更换不同形状的凸轮来获得不同的复杂激振波形；辅助电动机和皮带之间采用棘轮传动，当辅助电动机转速高主轴转速时，辅助电动机带动主轴转动，当辅助电动机转速低于主轴转速时，辅助电动机将对主轴不起作用，从而确保装置平稳启动；通过选择不同流量比例选择开关的启闭可实现流量波幅值不同比例的放大。该装置具有结构灵巧、布局合理、适应性强、寿命长、控制精度高，采用机械结构获得高精度的复杂压力波，具有良好的经济性和推广价值。

附图说明

图1是一种机械式交流液压复杂激振波形发生及控制装置结构的主视图。

图2是一种机械式交流液压复杂激振波形发生及控制装置结构的俯视图。

图3是一种机械式交流液压复杂激振波形发生及控制装置结构的左视图。

图4是一种机械式交流液压复杂激振波形发生及控制装置结构的等轴测图。

图中：1伺服电机；2棘轮a；3质量飞轮；4从动轮；5减速箱；6联轴器b；7电磁离合器；8盘形凸轮；9法兰；10回程弹簧；11挡板；12导杆；13液压缸；14液压缸支座；15支撑板d；16压力传感器；17进油口；18流量比例选择开关；19增压液压缸a；20四通接口a；21增压液压缸b；22增压液压缸c；23连接法兰；24增压液压缸上支座；25支撑板e；26出油口开关；27四通接口b；28增压液压缸下支座；29滚轮；30编码器；31凸轮固定支座；32支撑板c；33支撑板b；34联轴器a；35棘轮b；36皮带；37支撑板a；38辅助电动机；39伺服电动机支座。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如附图1-4所示，装配时零件用煤油清洗，晾干后配合表面涂油，各零件不加工表面应清洗干净，除去毛边、毛刺，浸涂防锈漆，在密封口缠绕多层生胶带，严格保证液压缸及液压缸与管路连接处的密封性，确保液压缸活塞杆与连接杆的同轴度，合理布局防止各运动部件产生干涉。该装置主要由三部分组成，分别是复杂波形发生子系统、交流转换子系统和交流放大子系统。支撑板a37、支撑板b33、支撑板c32固定于地面，用于支撑复杂波形发生子系统；支撑板d15、支撑板e25固定于竖直墙壁上，分别用于支撑交流转换子系统和交流放大子系统。伺服电动机支座39固定于支撑板a37上用于固定伺服电机；辅助电动机直接固定于支撑板a上；减速箱5固定于支撑板b上；凸轮固定支座31固定于支撑板c上，用于固定盘形凸轮8；液压缸支座14固定于支撑板d上，用于固定交流转换子系统的液压缸13；增压液压缸上支座24和增压液压缸下支座28固定在支撑板e上，用于固定不同比例放大的增压液压缸。交流转换子系统将复杂波形发生子系统产生的位移波转换为液压系统中的流量波，然后经过交流放大子系统放大后输出。

电机启动前，外部油源系统在压力传感器16的控制作用下通过进油口17对交流转换子系统填充一定压力的液压油，然后关闭进油口。开启辅助电动机38，辅助电动机通过棘轮b35、皮带36、从动轮4带动质量飞轮3和主传动轴转动；转动平稳后，开启伺服电机1，伺服电机采用高精度位置控制模式，脉冲为10000个/圈；由棘轮传动的特点当伺服电机转速低于主轴转速时，伺服电机对主轴不起作用，此时辅助电动机与主轴转速相同，随着伺服电机转速增加，其将于主轴转速相同并高于辅助电动机，关闭辅助电动机，即实现装置的平稳启动；伺服电机在安装与凸轮固定支座31右端编码器30的控制作用下可对盘形凸轮8的转速进行精确控制，该转速即为复杂激振波的频率，质量飞轮3保证该转速的稳定性，有效提高了激振波频率的精度。

机械结构完成复杂激振波的产生后，交流转换子系统通过滚轮29、导杆12并在回程弹簧10的作用下将复杂激振波位移转换为液压系统流量波的形式，并从液压缸13输出。由于盘型凸轮8大小有限，所以液压缸13输出流量波的幅值相对较小，需要通过交流放大子系统进一步放大。

交流放大子系统主要由三套增压液压缸组成，每套增压液压缸由上下两个不同直径的液压缸组成，两者通过连接法兰23相连接，内部装有回程弹簧保证增压液压缸内部活塞杆实现往复运动。从交流转换子系统传输的交流流量经不同流量比例选择开关18，通过增压液压缸的放大，在四通接口b输出不同幅值的复杂激振波。该装置具有结构灵巧、布局合理、适应性强、寿命长、控制精度高，采用机械结构获得高精度的复杂压力波，具有良好的经济性和推广价值。