Full Text

Введение Абсорбция вибрации и ударных волн в жидкостных системах амортизации осуществляется путем диссипации механической энергии в рабочей среде. Диссипация энергии в жидкости протекает посредством взаимодействия малых структурных единиц - молекул. В реальных жидкостях, как известно, превалирующей составляющей процесса диссипации энергии является вязкостное трение. Ввиду этого целесообразно производить контроль диссипативных параметров системы амортизирования путем регулирования вязкостных характеристик рабочей среды. В последние годы магнитореологические системы амортизации стремительно вытесняют их гидравлические аналоги. Это связано с рядом преимуществ, таких как адаптивность и высокая скорость отклика на сигнал управления. Повышение эффективности магнитореологической системы амортизирования возможно за счет создания специализированных конструкций систем демпфирования и виброгашения, приспособленных для работы в определенных динамических режимах [1-9]. Актуальность Рабочие режимы систем демпфирования и виброгашения обладают существенными различиями, основным из которых является интенсивность динамических нагрузок. Очевидно наличие у демпферов выраженных рабочих режимов сжатия и отбоя вследствие ударного нагружения, что требует конструктивного решения контроля скорости движения поршня. В системах виброгашения основной задачей является именно диссипация энергии механических колебаний, которая осуществима за счет оптимизации диссипативно-жесткостных свойств опоры. Также немаловажной задачей является универсальность создаваемых систем демпфирования и виброгашения, поэтому разработка рациональных и модифицируемых конструкций магнитореологических амортизаторов, способных работать в режимах демпфирования и виброгашения, является актуальным направлением исследовательской деятельности. Целью работы является разработка универсальной базовой системы амортизирования, применимой для создания высокоэффективных магнитореологических систем демпфирования и виброгашения. Конструктивное решение Конструкции магнитореологического демпфера и магнитореологической виброопоры созданы на базе запатентованного технического решения (рис. 1) [10]. Рис. 1. Магнитореологический демпфер: 1 - шток, 2 - корпус, 3, 4 - узлы для посадки на объект демпфирования, 5 - отверстия для включения сливной и напорной линий, 6 - серия управляющих электромагнитов, 7 - подвижная межполостная перегородка, 8 - плунжер, 9 - цилиндрическая перегородка из немагнитного материала, 10 - субполость, 11 - спиральный канал, 12 - пружина, 13 - дилатантная жидкость, 14 - упругий жесткий диск, 15 - кольцо из упругого полимерного материала Принцип работы адаптивного реологического амортизатора заключается в комбинации магнитореологических, реологических и механических эффектов демпфирования и виброгашения. Вольт-амперные характеристики задаются индивидуально для каждого электромагнита, регулирующего реологические параметры рабочей среды в магнитореологических субполостях, что позволяет получать различные диссипативно-жесткостные свойства магнитореологической рабочей среды в каждой субполости с образованием магнитореологической рабочей камеры с неоднородно распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, оптимизирует процессы поглощения и рассеивания энергии магнитореологической рабочей полостью. Система спиральных каналов, выполненных в перегородках, способствует понижению инерционности жидкой среды. Основная силовая нагрузка передается в рессорно-реологическую камеру, заполненную дилатантной жидкостью. Рессорная система гасит часть механических колебаний, а дилатантная жидкость, находящаяся между упругими жесткими дисками передает нагрузку рессорной системе и равномерно распределяет ее по всей площади смачивания. Значительная часть диссипации энергии происходит в дилатантной жидкости. Жидкая среда также способствует гашению автоколебаний плунжеров и рессорной системы. Дорегулирование жесткости магнитореологической камеры реализовано за счет дроссельного управления расходом в подводящей и сливной линиях. Как уже было отмечено, работа виброопоры заключается в диссипации энергии механических колебаний, а рост ее эффективности и повышение технических характеристик напрямую зависит от диссипативно-жесткостных свойств опоры. Произвести оценку вклада вязкости рабочей среды в диссипативные процессы жидкостных виброопор можно на основе закона количества движения [11-20]: где V - объем, t - время, r - плотность, t - напряжение деформации, At - работа объемных сил, As - работа поверхностных сил, D - энергия рассеивания. С учетом несжимаемости жидкости в интервале рабочих значений давления магнитореологической виброопоры где v - скорость, K - кинетическая энергия. Следовательно, Таким образом, чем больше энергии подвергается диссипации, тем меньше ее трансформируется в кинетическую энергию, следовательно, и незначительно смещение элементов жидкостной опоры: или где m - вязкость Из уравнения видно, что рост вязкости увеличивает диссипацию, но снижение значений компонент тензора скоростей деформации приводит к уменьшению диссипативных эффектов, поэтому с учетом вязкопластичных свойств магнитореологических сред, помещенных во внешние магнитные поля, нерационально высокие значения вязкости (когда жидкость движется как твердое тело) уменьшают D энергию рассеивания за единицу времени в единице объема. Очевидно, что рационализация рабочего процесса магнитореологической опоры не требует внесения конструктивных дополнений в исходное техническое решение, а сводится к оптимизации схемы включения кольцевых электромагнитов с учетом амплитудных / частотных / фазных характеристик колебаний и профиля вибрационных волн в жидкой среде, а также к заданию вольт-амперных характеристик, требуемых для создания оптимальных реологических параметров рабочей среды. Важной задачей в современном машиностроении является обеспечение универсальности проектируемых устройств. Предложенная конструкция магнитореологической камеры опоры является модульной и легко модифицируемой, позволяет варьировать количество субкамер путем изменения количества цилиндрических перегородок из немагнитного материала и управляющих электромагнитов, блоки которых имеют резьбовые легкосъемные крепления на корпус (рис. 2, 3). Жесткость рессорно-реологической камеры регулируется за счет выбора количества рессор и полимерных колец, их физических свойств и реологических свойств жидкости, заполняющей камеру (рис. 4). Для гашения механических колебаний достаточно задействовать электромагниты, расположенные на уровне магнитореологических субкамер. Рис. 2. Магнитореологическая опора Рис. 3. Магнитореологическая камера опоры Рис. 4. Рессорно-реологическая камера опоры Также представленная конструкция магнитореологической камеры позволяет создавать активные средства виброзащиты посредством подачи на электромагниты переменного электрического сигнала, что создает эффект осцилляции и способствует уходу колебаний объекта от резонанса. Рабочий процесс демпфера состоит из режимов сжатия и отбоя, что требует отдельной оптимизации каждого из них. В режиме сжатия магнитореологический демпфер имеет схожие с магнитореологической виброопорой нагрузки, но со значительно большей интенсивностью. Ввиду этого необходимо улучшение динамики отработки сигнала управления, подаваемого на кольцевые индукторы. В режиме отбоя необходимо реализовать управление скоростью перемещения поршня в исходное положение после снятия нагрузки. Достижение плавного и высокоточного регулирования движения поршня возможно посредством выполнения штоковой полости и заполнения ее магнитореологической рабочей средой. Управление расходными характеристиками магнитореологической жидкости через поршень осуществимо за счет выполнения в поршне магнитореологических дросселирующих устройств или путем изменения вязкостных характеристик магнитореологической рабочей среды в объеме штоковой полости, что требует установки кольцевого электромагнита на корпус штоковой полости (рис. 5). Это позволяет моделировать гидравлическое сопротивление магнитореологической среды в объеме дросселя или штоковой полости, изменяя скорость перемещения поршня. Рис. 5. Магнитореологическая камера демпфера Реализация управления гидравлическим сопротивлением магнитореологической среды в объеме штоковой полости не требует существенных изменений в конструкции магнитореологической опоры, что делает разработанное устройство универсальным. Для организации управления параметрами магнитореологической среды, заполняющей штоковую полость, необходимо увеличить расстояние между блоком электромагнитов, управляющих субкамерами, и блоком электромагнитов, предназначенных для штоковой полости. Это возможно сделать посредством добавления дополнительного штатного крепления и удаления одного полимерного кольца и одной рессоры, что не оказывает существенного влияния на жесткость рессорно-реологической камеры. Создание регулируемой штоковой полости требует лишь смещения плунжера относительно электромагнита, расположенного на корпусе, и включения его в процесс управления рабочими характеристиками магнитореологического демпфера. Новизна Предложенное техническое решение является универсальной базовой конструкцией адаптивной реологической системы амортизации, отличается от ранее известных возможностью создания магнитореологических рабочих камер с неоднородно распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, что позволяет разрабатывать высокоэффективные системы демпфирования и виброгашения. Разработанная конструкция является универсальной и легко модифицируемой. Выводы Разработанная конструкция магнитореологической опоры в совокупности с предложенной схемой включения кольцевых индукторов способна в значительной степени повысить эффективность процесса виброгашения. Созданная конструкция магнитореологического демпфера рационализирует параметры рабочего процесса как в режиме сжатия, так и в режиме отбоя.

About the authors

K. V Naigert

South Ural State University (National Research University)

V. A Tselischev

Ufa State Aviation Technical University

References

Statistics

Views

Abstract - 28

PDF (Russian) - 16

Refbacks

• There are currently no refbacks.