2D阀控缸电液激振器偏置控制的研究

　　引言

　　振动试验是在现场或实验室对振动系统的实物或模型进行的试验,它从航空航天部门发展起来,现已被推广到诸多工业部门。激振器一般分为机械式、电磁式和电液式3种,由于电液式激振器能产生较大的激振力,在大功率、重载振动系统中应用广泛[1]。

　　2D阀控缸电液激振器的输出振动频率取决于2D阀阀芯连续转动的速度,易于通过提高转速实现高频振动。由于加工误差和载荷不对称等方面原因,由2D阀进入液压缸左右两腔的流量不完全相等,在没有偏置控制的情况下,激振中心相对于活塞平衡位置会有所偏移,偏移量与流量成积分关系,随时间推移,偏移量随之增大,激振中心不断地往液压缸一侧偏移;另一方面,在实际应用中,常需要零位偏移的振动。因2D阀的转阀特性,激振器无法采用一般电液伺服系统引入一个偏置信号构成闭环实现偏置控制的方法,因此,本文提出了在2D阀上并联一个旁路数字阀实现偏置控制,该阀开口恒定,进出液压缸的流量相当于一直流分量,从而构成闭环实现偏置控制,达到激振频率、幅值、偏置量单独控制的目的。

　　1　偏置控制原理

　　2D阀控缸电液激振器原理如图1所示,主要由高频激振阀、偏置阀、液压缸及传感器组成。高频激振阀主要用于产生幅值和频率可调的高频正弦激振波,并联的数字阀主要用于控制激振波形的偏置量。通过对激振波形进行解耦分析,提取频率、幅值控制信号作用于2D阀的阀芯转动和轴向滑动,提取偏置控制信号作用于偏置阀轴向滑动,从而实现激振器的频率、幅值、偏置的独立控制。

　　激振器采用的2D阀也称高频激振阀,阀芯具有双自由度:径向旋转运动和轴向滑动,分用于实现激振频率和幅值的独立控制。阀芯台肩周向均匀开设4个沟槽,沟槽宽度与阀套窗口宽度大小相同。Ⅱ、Ⅳ阀口打开,Ⅰ、Ⅲ阀口关闭时, P-A, B-T导通,液压缸左腔进油、右腔回油,液压缸活塞向右运动。阀芯匀速旋转一定角度后,使得Ⅰ、Ⅲ阀口打开,Ⅱ、Ⅳ阀口关闭,P-B,A-T通,液压缸右腔进油、左腔回油,液压缸活塞向左运动。油液进出液压缸左右两腔的大小及方向发生周期性变化,从而驱动液压缸的活塞做周期性的往复运动[2]。激振频率等于阀芯转速与每转阀芯沟槽与阀套窗口之间沟通次数的乘积,易于实现高频激振。阀芯的轴向运动由另一伺服电机带动连在阀芯上的凸轮机构旋转使阀芯产生轴向位移,从而控制油路通断的面积梯度,进而改变液压缸的振动幅值[3]。

　　偏置阀为一个三位四通电液数字阀,用伺服电机通过偏心轮按照直动式数字阀的驱动方式控制。当偏置控制信号为正时,电机驱动偏置阀阀芯向左移相应的xvp,使P-A、B-T导通,液压缸左腔进油、右腔回油,使激振波形中心从活塞平衡位置向右移相应的偏置量y0,形成正偏置;当偏置信号为负时,阀芯向右移动相应xvp,P-B、A-T导通,液压缸右腔进油、左腔回油,波形中心从活塞平衡位置左移y0,实现负偏置。