激振器能使被激物体获得一定形式和强度的振动,实现振动模拟或利用振动完成捣固、破碎等任务,已广泛用于汽车、航空航天、机电系统、机械捣固、振动破岩等领域。如铁路道碴捣固装置,捣镐把振动力传递给石碴,石碴产生振动和移动,增加道床的密实度,是铁路路基实现机械化养护的重要装备。该装备的可靠性和作业效率取决于捣固装置所能产生的激振频率和波形,对激振器的要求是载荷和输出功率大,频宽高且可变。通过对现有机械式、电动式以及电液式激振形式的对比发现,电液激振方式因为功率密度高,推力大、无级调幅以及负载自适应等特点,成为捣固装置中激振器的不二选择。目前常用的电液激振器主要是以换向阀或伺服阀控制流体的通断而产生振动,制约此类激振器发展的主要是阀的发展,现有的阀难以解决过流面积,阀芯行程与振动频率和波形的矛盾。因此,解决电液激振器中阀的问题,对捣固装置及类似的激振设备具有重要的意义。本文基于捣固装置的电液激振器,设计了一种阀芯旋转式四通换向阀,并提出了基于振动波形的阀芯设计方法。阐述了此种旋转换向阀的工作原理,利用基于振动波形的阀芯设计方法,比较了阀芯不同开口形式的特点,并根据具体的使用要求对转阀进行具体尺寸设计；对设计的转阀进行内部流场分析,揭示转阀的内部流动规律；利用理论及实验的方法,验证转阀的压力流量特性及液动力特性,并分析不同结构参数对转阀静态特性的影响。将阀放入整个系统中,研究转阀的动态特性,验证其是否能够达到预定的使用要求,并搭建相关的实验台,采集液压缸的运动参数,从而得出转阀的动态特性,为转阀进一步的发展提供理论依据。论文的研究内容如下：第一章首先介绍了激振器的研究现状,对比分析了三种激振器的优缺点,随后介绍了转阀在国内外的研究现状及流量特性和液动力特性的研究现状,流场分析在研究阀时的重要性。研究现有激振器中用到的阀存在的不足,进而指出本课题研究的背景及所要开展的研究内容。第二章首先解释了转阀的工作原理,主要提出了基于振动波形的阀芯设计方法,在此基础上设计了阀芯旋转式换向阀。分析比较了不同开口形式的特点,并对转阀进行具体的结构尺寸设计,包括阀体、阀套、进出油口的大小以及关键部件的选择。第三章利用Fluent软件对转阀的内部流场进行可视化研究,分为两种方式,一是通过选取旋转阀的不同开口时的导通面积进行静态建模仿真；二是直接进行动态流场仿真。通过对转阀内部的压力场、速度场及气穴现象的仿真分析,揭示内部流动规律及容易出现低压甚至负压的区域,分析内部射流角的变化规律和气穴产生的机理以及对转阀性能的影响,为转阀的内部结构优化提供依据。第四章主要分析了转阀的静态特性,包括转阀的压力流量特性以及稳态液动力特性。得出转阀的静态压力与流量曲线,并研究开口对特性曲线的影响,仿真分析了不同开口形式及不同频率下的流量特性曲线,找出限制转阀提高的关键因素,并在实验的基础上得出了转阀的静态压力流量特性。理论上推导出液动力的计算公式并通过仿真研究不同参数对转阀稳态液动力的影响。第五章主要从整个系统角度出发,验证转阀的动态性能。首先从理论角度,建立整个系统的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下搭建系统的仿真模型,分析了换向阀的工作频率和阀口周向导通宽度对转阀动力学特性能的影响。并分析了转阀的阶跃响应与幅频特性曲线。然后从实验角度验证理论分析的正确性,确定实验方案,基于实验目标对实验台进行设计,包括液压系统设计,数据采集与处理系统的确定。在现有测试平台的基础上搭建整个实验系统。得出了位移,速度与加速度的数值,与理论分析的结果进行对比。验证理论分析的正确性及找出实际运动中容易出现的问题,为进一步的优化提供理论与实验基础。第六章总结了论文的研究工作与成果,并展望了今后进一步的研究工作与方向。