專利名稱：一種連續水錘沖擊振動方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓振動方法，特別是涉及一種利用水做為工作介質，通過液壓管路通斷產生類似“水錘”沖擊的連續振動方法。
背景技術：
隨著液壓技術的發展，液壓激振具有功率密度高、易于實現直線運動、配置柔性大、動力控制方便等優點，因而近年來已廣泛應用于許多工程機械中，如礦山機械、裝載機械、壓實機械、建筑振動機械以及振動成型機械等。目前液壓振動的形式多種多樣，閥控缸系統的振動是依靠閥的間隙來工作，存在節流損失，流體易發熱，能量利用率較低；而直流泵控馬達系統最終驅動的慣性激振器存在參振質量大，功率能耗大的問題。而且液壓激振 技術采用的工作介質都是液壓油，液壓油易燃且對環境有污染，在很多工作場合都不適宜使用，一旦發生泄漏易發生爆炸及污染事故。
發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提供一種結構簡單、工作可靠的連續振動方法，該方法能夠利用水做為工作介質，通過液壓管路通斷產生類似“水錘”連續沖擊振動。為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現一種連續水錘沖擊振動方法，該方法涉及連續水錘沖擊振動發生器、水箱、水壓泵站、液壓活塞振動器和連通各部件的管路；連續水錘沖擊振動發生器主要包括支座、軸套、芯軸、轉動電機，所述的支座在軸線方向形成的圓柱形空腔，在支座壁上設置有進液孔、回液孔、第一導流孔、第二導流孔與空腔相通，其中進液孔與第一導流孔設置在支座壁的同一端且在徑向方向呈180°對稱同軸設置，回液孔設置在支座壁的另一端與進液孔同側，第二導流孔設置在支座壁的中部與第一導流孔同側，進液孔、回液孔、第一導流孔、第二導流孔的軸線位于圓柱形空腔的同一軸截面上；所述的軸套為兩端開口的中空柱形套筒，固定于支座空腔內，軸套壁上亦設有進液口、回液口、出液口，過液矩形切口，其中進液口、出液口設置在軸套壁上同一端在徑向方向呈180°對稱同軸設置，回液口設置在軸套壁的另一端與進液口同側，過液矩形切口設置在軸套壁中部與出液口同側，進液口、回液口、出液口，過液矩形切口的中心線位于中空柱形套筒的同一軸截面上并分別與進液孔、回液孔、第一導流孔、第二導流孔對應相通；所述的芯軸為圓柱體置于軸套的柱形套筒中，芯軸一端延伸至支座外與所述的轉動電機連接，在芯軸上與進液口、出液口同一端外環周上設置有環形過流槽，環形過流槽將進液口、出液口連通，在芯軸上與出液口同一端外環周上設置有環形回流槽，環形回流槽與回液口相通，在芯軸的外周軸向間隔對插形式設置有至少一對以上的軸向過流矩形槽、軸向回流矩形槽，軸向過流矩形槽一端與環形過流槽相通而另一端封閉，軸向回流矩形槽一端與環形回流槽相通而另一端封閉；所述的轉動電機帶動芯軸在軸套的柱形套筒中轉動，軸向過流矩形槽與軸向回流矩形槽不斷交替實現與過液矩形切口接通和切斷；所述的液壓活塞振動器包括缸體、無桿缸、有桿缸、活塞、活塞桿、振動連接件；活塞桿一端固定于活塞中部，缸體上端開有通孔而內部形成密閉的中空缸腔，活塞置于中空缸腔中，并將中空缸腔分成無桿缸、有桿缸，活塞桿從有桿缸上端的通孔中穿出與缸體外的振動連接件連接，所述的水壓泵站包括溢流閥、單向閥、流量控制閥、水壓泵、水壓泵電機，水壓泵進水口通過管路通向水箱，水壓泵出水口分接兩管路，其中一管路通向水箱，溢流閥接通在該管路中，單向閥、流量控制閥依次接通在另一管路中與連續水錘沖擊振動發生器的進液孔接通，第一導流孔通過管路與液壓活塞振動器的無桿缸接通，第二導流孔通過管路與液壓活塞振動器的有桿缸接通，回液孔通過管路與水箱相通，該方法步驟是(I)水壓泵電機帶動水壓泵旋轉，水以正常速度從水箱經過水壓泵依次通過單向閥、流量控制閥流向進液孔、進液口、環形過流槽、出液口、第一導流孔通過管路進入到無桿缸中；(2)當轉動電機帶動到芯軸轉到軸向過流矩形槽與過液矩形切口相通時，水還以正常速度從環形過流槽、軸向過流矩形槽、過液矩形切口、第二導流孔通過管路與進入到有桿缸中，繼續旋轉，當葉片旋轉至軸向過流矩形槽與過液矩形切口切斷瞬間，管路中的水流 速驟然降至零，導致管路中水壓降低，形成水錘負壓波傳至有桿缸，此時，有桿缸壓力小于無桿缸，活塞向上運動。(3)當芯軸繼續旋轉至軸向回流矩形槽與過液矩形切口連通時，有桿缸依次通過管路、第二導流孔、過液矩形切口、軸向回流矩形槽、環形回流槽、回液口、回液孔、管路與水箱形成通路，有桿缸水以很快的速度流回水箱，活塞繼續向上運動；(4)當芯軸的葉片旋轉至軸向回流矩形槽與液矩形切口切斷瞬間，管路中水的流速驟然降至零，水停止流動導致水壓升高，對芯軸產生很大沖擊，形成水錘增壓波向有桿缸傳播，這個沖擊壓力通常能達到系統原有壓力的5-10倍，此時有桿缸壓力遠遠大于無桿缸，活塞被迫向下運動；(5)重復上述過程，活塞忽上忽下運動產生激烈振動。本發明通過芯軸不停地旋轉，將會在與在第二導流孔連接的管路中產生連續的類似“水錘”沖擊波。另外，本發明采用純水作為工作介質，環保安全，很好的克服了液壓油的缺點，并且與油相比，水的粘度小，比重大，動能大，因此在相同的系統壓力下，水產生的振幅大，能達到節能的目的。
圖I是本發明的連續水錘沖擊振動發生器的三維剖視圖；圖2是本發明的連續水錘沖擊振動發生器的的主視圖；圖3是圖2的A-A向剖視圖；圖4是本發明的連續水錘沖擊振動發生器的的俯視圖；圖5是圖4的F-F向剖視圖；圖6是本發明的連續水錘沖擊振動發生器的芯軸的三維視圖；圖7是圖6的徑向截面剖視圖；圖8是圖2的E-E向剖視圖；圖9是本發明的連續水錘沖擊振動發生器的軸套的前視圖；圖10是本發明的工作原理圖。
具體實施例方式結合圖I 圖10，對本發明較佳實施例做進一步詳細說明。如圖10所示，本發明的連續水錘沖擊振動發生器I做為連續水錘沖擊振動裝置9的振源。如圖I、圖10所示，一種連續水錘沖擊振動發生器I，包括支座11、軸套12、芯軸13、轉動電機14、第一端蓋15、第二端蓋16,所述的支座11在軸線方向形成兩端開口的圓柱形空腔111，在支座壁上設置有進液孔112、回液孔113、第一導流孔114、第二導流孔115與空腔111相通，其中進液孔112與第一導流孔111設置在支座11壁的同一端且在徑向方向 呈180°對稱同軸設置，回液孔113設置在支座11壁的另一端與進液孔112同側，第二導流孔115設置在支座11壁的中部與第一導流孔114同側，進液孔112、回液孔113、第一導流孔114、第二導流孔115的軸線位于圓柱形空腔111的同一軸截面上。如圖I、圖3所示、圖8，軸套12為兩端開口的中空柱形套筒121，固定于支座空腔111內，軸套12壁上亦設有進液口 122、回液口 123、出液口 124，過液矩形切口 125，其中進液口 122、出液口 124設置在軸套12壁上同一端在徑向方向呈180°對稱同軸設置，回液口123設置在軸套12壁的另一端與進液口 122同側，過液矩形切口 125設置在軸套12壁中部與出液口 124同側，進液口 122、回液口 123、出液口 124，過液矩形切口 125的中心線位于中空柱形套筒121的同一軸截面上，進液口 122、回液口 123、出液口 124，過液矩形切口 125分別與進液孔112、回液孔113、第一導流孔114、第二導流孔115對應相通。如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5所示，第一端蓋15設置在圓柱形空腔111的一端開口并將開口封閉，而第二端蓋16設置在圓柱形空腔111的另一端開口，第二端蓋16設有貫通軸向的中心孔161。如圖I、圖3、圖5、圖6、圖7、圖8所示，芯軸13為圓柱體置于軸套12的柱形套筒121中，芯軸13 —端穿過第二端蓋16的中心孔161延伸至支座11外與所述的轉動電機14(見圖10)連接，在芯軸13上與進液口 122、出液口 124同一端外環周上設置有環形過流槽131，環形過流槽將進液口 122、出液口 124連通，在芯軸13上與回液口 123同一端外環周上設置有環形回流槽132，環形回流槽132與回液口 124相通，在芯軸13的外周軸向間隔對插形式設置有至少一對以上的軸向過流矩形槽133、軸向回流矩形槽134，軸向過流矩形槽133、軸向回流矩形槽134之間的隔墻自然形成葉片110，軸向過流矩形槽133 —端與環形過流槽相通131而另一端封閉，軸向回流矩形槽134—端與環形回流槽132相通而另一端封閉；所述的轉動電機14帶動芯軸13在軸套12的柱形套筒121中轉動，軸向過流矩形槽133與軸向回流矩形槽134不斷交替實現與過液矩形切口 125接通和切斷。如圖I、圖3、圖5所示，在上述結構中，芯軸13的兩端通過軸承動配合于第一端蓋15、第二端蓋16中，其中芯軸13與第第二端蓋16之見采用深溝球軸承19，為增加支座11的空腔111的密封性，第一端蓋15、第二端蓋16與支座11兩端均設置有密封件，包括密封圈17、骨架油封18，密封圈17套置于芯軸13上并設置在支座11的空腔111中第一端蓋15與軸套12之間，骨架油封18套置于芯軸13上并設置第二端蓋16的中心孔161中。如圖10所示，上述的連續水錘沖擊振動發生器I是連續水錘沖擊振動裝置9的振源，連續水錘沖擊振動裝置9除包括連續水錘沖擊振動發生器I之外，還包括水箱5、水壓泵站3、液壓活塞振動器4和連通各部件的管路；所述的水壓泵站3包括溢流閥36、單向閥37、流量控制閥38、蓄能器39、水壓泵33、水壓泵電機34，水壓泵電機34帶動水壓泵33旋轉，水壓泵33進水口通過管路通向水箱5，水壓泵33出水口分接兩管路61、62，其中一管路61通向水箱5，溢流閥36接通在管路61中，單向閥37、流量控制閥38、蓄能器39依次接通在另一管路62中，單向閥37保證水流從水壓泵流33向流量控制閥38、蓄能器39，而蓄能器39亦為現有技術，蓄能器39能確保管路62中的水具有一定流速。如圖10所示，上述的液壓活塞振動器4為現有技術，包括缸體48、無桿缸42、有桿缸47、活塞41、活塞桿43、振動連接件44 ;活塞桿43 —端固定于活塞41中部，缸體48上端開有通孔49而內部形成密閉的中空缸腔，活塞41置于中空缸腔中，并將中空缸腔分成無桿缸42、有桿缸47，活塞桿43從有桿缸47上端的通孔49中穿出與缸體48外的振動連接件44連接。如圖10所示，管路62與連續水錘沖擊振動發生器I的進液孔112接通，第一導流孔114通過管路63與液壓活塞振動器4的無桿缸42接通，第二導流孔115通過管路64與 液壓活塞振動器4的有桿缸47接通，回液孔113通過管路65與水箱5相通。如圖10、圖I、圖3所示，連續水錘沖擊振動裝置9的工作原理是，水壓泵電機34帶動水壓泵33旋轉，水以正常速度從水箱5經過水壓泵33進入管路61、62中，水再以正常速度依次通過單向閥37、流量控制閥38流向進液孔112、進液口 122、環形過流槽131、出液口124、第一導流孔114通過管路63進入到無桿缸42中；當轉動電機14帶動到芯軸13轉到軸向過流矩形槽133與過液矩形切口 125相通時，水還以正常速度從環形過流槽131、軸向過流矩形槽133、過液矩形切口 125、第二導流孔115通過管路64與進入到有桿缸47中，繼續旋轉，當葉片110旋轉至軸向過流矩形槽133與過液矩形切口 125切斷瞬間，管路64中的水流速驟然降至零，導致管路64中水壓降低，形成水錘負壓波傳至有桿缸47，此時，有桿缸47壓力小于無桿缸42,活塞41向上運動。然而，當芯軸13繼續旋轉至軸向回流矩形槽134與過液矩形切口 125連通時，有桿缸47依次通過管路64、第二導流孔115、過液矩形切口 125、軸向回流矩形槽134、環形回流槽132、回液口 123、回液孔113、管路65與水箱5形成通路，有桿缸47水以很快的速度流回水箱5，活塞41繼續向上運動。當芯軸13的葉片110旋轉至軸向回流矩形槽134與液矩形切口 125切斷瞬間，管路64中水的流速驟然降至零，水停止流動導致水壓升高，對芯軸13產生很大沖擊，形成水錘增壓波向有桿缸47傳播，這個沖擊壓力通常能達到系統原有壓力的5-10倍，此時有桿缸47壓力遠遠大于無桿缸42，活塞41被迫向下運動。芯軸13繼續旋轉，重復上述過程，活塞41忽上忽下運動產生激烈振動，將振動連接件44接于與如礦山機械、裝載機械、壓實機械、建筑振動機械以及振動成型機械等設備的其它零件相聯，就構成了連續水錘沖擊振動的礦山機械、裝載機械、壓實機械、建筑振動機械以及振動成型機械。為了使液體產生較大的沖擊，軸套12的過液矩形切口 125必須在極短的時間內被關閉，如圖9所示，過液矩形切口 125設計成細長的矩形槽，使寬度b尺寸較小，保證瞬時關閉，長度L比較大能夠使油缸中有足夠的流量，取長寬比L/b = 8 12為宜。為了保證過液矩形切口 125的快速通斷，且使過液矩形切口 125能夠完全關閉，如圖7所示，芯軸13上葉片110的厚度與閥口寬度間取“/b = I I. 2為宜。由于芯軸13上的軸向過流矩形槽133、軸向回流矩形槽134必須成對才能使液壓活塞振動器4產生振動，如圖7、圖8所標，軸向過流矩形槽133、軸向回流矩形槽134總計5對10只葉片110，因此芯軸13上軸向過流矩形槽133、軸向回流矩形槽134的總數是偶數，葉片數也必須是2、4、6、8、2n等偶數，并且葉片110寬度X1與槽的弧長X2之間要滿足一定的關系。為了使有桿缸47獲得很大的沖擊力，水應以全流速通過過液矩形切口 125，應保證水流過過液矩形切口 125有足夠的通流時間，因此葉片110寬度X1與槽的弧長X2之間比值需X2/Xl > 2。液壓活塞振動器4的振動頻率與圖9上過液矩形切口 125的啟閉頻率一致，本例過液矩形切口 125開啟和封閉一次，實現液壓活塞振動器4的活塞41振動一次，芯軸13旋轉一周，輸出5個水錘沖擊波推動活塞41上下振動5次,為了保證活塞41的振動頻率一般X2AZX1的取值在3-8之間為宜，根據實際情況所需頻率來選擇該值，頻率越高X2ZVX1的比值取值越小。當轉動電機14采用異步電動機時，通過可變頻器調速，即可改變芯軸13的轉動從而改變活塞41的振動的頻率，實現調頻。當轉動電機14采用同步電動機或伺服電動機帶動,可是芯軸13輸出穩定的振動頻率，實現穩頻。
另外，還可以通過對溢流閥36調節的從而活塞41的振幅，由于芯軸13在軸套12的柱形套筒121旋轉會產生的液膜，其軸向滲漏非常微小，該芯軸13具有很好的密封性。綜上所述，本發明的主要有以下兩大優點I、結構簡單，制造成本低，工作可靠，能同時帶動多組液壓缸同步振動，響應快，振幅可調，通過選配不同的轉動電機可達到變頻，穩頻，易于實現自動控制，可應用在多種振動機械中。2、采用純水作為工作介質，環保安全，很好的克服了液壓油的缺點，并且與油相t匕，水的粘度小，比重大，動能大，因此在相同的系統壓力下，水產生的振幅大，能達到節能的目的。
權利要求
1.一種連續水錘沖擊振動方法，其特征在于該方法涉及連續水錘沖擊振動發生器、水箱、水壓泵站、液壓活塞振動器和連通各部件的管路；連續水錘沖擊振動發生器主要包括支座、軸套、芯軸、轉動電機，所述的支座在軸線方向形成的圓柱形空腔，在支座壁上設置有進液孔、回液孔、第一導流孔、第二導流孔與空腔相通，其中進液孔與第一導流孔設置在支座壁的同一端且在徑向方向呈180°對稱同軸設置，回液孔設置在支座壁的另一端與進液孔同側，第二導流孔設置在支座壁的中部與第一導流孔同側，進液孔、回液孔、第一導流孔、第二導流孔的軸線位于圓柱形空腔的同一軸截面上；所述的軸套為兩端開口的中空柱形套筒，固定于支座空腔內，軸套壁上亦設有進液口、回液口、出液口，過液矩形切口，其中進液口、出液口設置在軸套壁上同一端在徑向方向呈180°對稱同軸設置，回液口設置在軸套壁的另一端與進液口同側，過液矩形切口設置在軸套壁中部與出液口同側，進液口、回液口、出液口，過液矩形切口的中心線位于中空柱形套筒的同一軸截面上并分別與進液孔、回液孔、第一導流孔、第二導流孔對應相通；所述的芯軸為圓柱體置于軸套的柱形套筒中，芯軸一端延伸至支座外與所述的轉動電機連接，在芯軸上與進液口、出液口同一端外環周上設置有環形過流槽，環形過流槽將進液口、出液口連通，在芯軸上與出液口同一端外環周 上設置有環形回流槽，環形回流槽與回液口相通，在芯軸的外周軸向間隔對插形式設置有至少一對以上的軸向過流矩形槽、軸向回流矩形槽，軸向過流矩形槽一端與環形過流槽相通而另一端封閉，軸向回流矩形槽一端與環形回流槽相通而另一端封閉；所述的轉動電機帶動芯軸在軸套的柱形套筒中轉動，軸向過流矩形槽與軸向回流矩形槽不斷交替實現與過液矩形切口接通和切斷；所述的液壓活塞振動器包括缸體、無桿缸、有桿缸、活塞、活塞桿、振動連接件；活塞桿一端固定于活塞中部，缸體上端開有通孔而內部形成密閉的中空缸腔，活塞置于中空缸腔中，并將中空缸腔分成無桿缸、有桿缸，活塞桿從有桿缸上端的通孔中穿出與缸體外的振動連接件連接，所述的水壓泵站包括溢流閥、單向閥、流量控制閥、水壓泵、水壓泵電機，水壓泵進水口通過管路通向水箱，水壓泵出水口分接兩管路，其中一管路通向水箱，溢流閥接通在該管路中，單向閥、流量控制閥依次接通在另一管路中與連續水錘沖擊振動發生器的進液孔接通，第一導流孔通過管路與液壓活塞振動器的無桿缸接通，第二導流孔通過管路與液壓活塞振動器的有桿缸接通，回液孔通過管路與水箱相通，該方法步驟是 (1)水壓泵電機帶動水壓泵旋轉，水以正常速度從水箱經過水壓泵依次通過單向閥、流量控制閥流向進液孔、進液口、環形過流槽、出液口、第一導流孔通過管路進入到無桿缸中； (2)當轉動電機帶動到芯軸轉到軸向過流矩形槽與過液矩形切口相通時，水還以正常速度從環形過流槽、軸向過流矩形槽、過液矩形切口、第二導流孔通過管路與進入到有桿缸中，繼續旋轉，當葉片旋轉至軸向過流矩形槽與過液矩形切口切斷瞬間，管路中的水流速驟然降至零，導致管路中水壓降低，形成水錘負壓波傳至有桿缸，此時，有桿缸壓力小于無桿缸，活塞向上運動。
(3)當芯軸繼續旋轉至軸向回流矩形槽與過液矩形切口連通時，有桿缸依次通過管路、第二導流孔、過液矩形切口、軸向回流矩形槽、環形回流槽、回液口、回液孔、管路與水箱形成通路，有桿缸水以很快的速度流回水箱，活塞繼續向上運動； (4)當芯軸的葉片旋轉至軸向回流矩形槽與液矩形切口切斷瞬間，管路中水的流速驟然降至零，水停止流動導致水壓升高，對芯軸產生很大沖擊，形成水錘增壓波向有桿缸傳播，這個沖擊壓力通常能達到系統原有壓力的5-10倍，此時有桿缸壓力遠遠大于無桿缸，活塞被迫向下運動； (5)重復上述過程，活塞忽上忽下運動產生激烈振動。
全文摘要
本發明公開一種連續水錘沖擊振動方法，該方法涉及連續水錘沖擊振動發生器、水箱、液壓活塞振動器和管路；步驟是(1)、水以正常速度從水箱進入液壓活塞振動器的無桿缸中；(2)、水還以正常速度進入液壓活塞振動器的有桿缸中，當與有桿缸連接的管路中的水流速驟然降至零，形成水錘負壓波傳至有桿缸，有桿缸壓力小于無桿缸，液壓活塞振動器的活塞向上運動；(3)、當有桿缸與水箱形成通路，有桿缸中的水快速流回水箱，活塞繼續向上運動；(4)、當有桿缸與水箱通路中水的流速驟然降至零，水停止流動，形成水錘增壓波向有桿缸傳播，有桿缸壓力遠大于無桿缸，活塞被迫向下運動；(5)、重復上述過程，活塞上下振動產生類似“水錘”連續沖擊。
文檔編號B06B1/18GK102962191SQ20121043136
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者陸春月, 嚴紹進, 許步勤 申請人:中北大學