CC BY
12
УДК 62 567/629.113.012.8
ИССЛЬДСВАНИЬ ВЛИЯНИЯ КОНСП'УКЦИИ MAI НИ I ülll'OBUjJA ЗЛЬК I l'OMAI НИ1Н01 О КОРРЕКТОРА ЖЕСТКОСТИ НА ЕГО РАЗВИВАЕМОЕ УСИЛИЕ
А. В Демнп. P. H. Хамитов Омский государственный технически университет, ? Омск Россия
.Ь/потнаннл Рассматривается проблема вноронзоляции транспортных устройств. Предлагается dbc ста управляемый электромагнитный корректор жесткости в неуправляемую пневматическую подвеску. Исследовано влияние различных конструкции и материалов изготовления электромагнитного корректора жесткости на итоговое тяговое усилие н способность к гашению колебании, а именно, влияния ма-
1Н(1ИХ.1И (ж1Р1Г1|ИМ НХНИНН Ка« ПЛЛК, K1IHCТЦ|\ КНМПННаИ ril.lh), II« Ktlltl|IIIIU IUI ОПЖ.1НН Mai HHMIIIjlUKII.I
устройства, его сердечинк (конструкционная сталь, нсодимовый магшгт. конструкционная сталь в сочс танин с секциями из неодпмовых магнитов с различными сочетаниями направления действия коэрцитивной силы) на развиваемое усилие, а также габариты, вес и длительность непрерывной работы устройства. Различные материалы конструкции н из: влияние на развиваемое усилие исследованы в про-i рам м ном комплексе ОниКПнЫ. Динамика ишнннм ikih'i) ihki\ kti.iefíaHHÍí нее. i едина на к iipoi ji.immhum комплексе .Viadab Simulink.
В результате исследования выявлено: оптимальной, с точки зрения развиваемого усилия, конструкцией mk.iwhkh maiниншрнкид. ишппкинннмй ич м.1ек1|н>1е\ничегкин пали и [iji'iihjh члпь (сердечник), изготовленная из копструкиноппой стали. Добавление данного устройства позволяет сократить время свободных колебаний опытного образца на 30 %. Применение управляемого компенсатора позволит повысить комфорт и скорость перемещения грузов и люден с помошью транспортных средств.
К. г.4t и г нгне ишкп: t.iekijHi»! л ншнмй кпррек i iip жеп кип и, гниПиднме кн. leiiaHuu, hiiÓjhi iiiiui i :i к транспортных средствах.
L. ВВЕДЕНИЕ
Перевозки хрупких грузов с немощью транспортных средств связаны с многочисленными рисками, например. выход приборов нз строя в резать raie тряски н ударов. Также транспортировка rpv3CB ограничена по скорости н. в связи с большими расстояниями. занимает длительное время.
Уменьшить влияние вибрации, обеспечить более комфортное перемещение по различным типам дорог призваны разнообразные конструкции амортизирующих систем, например, таких как пассивные амортизационные системы [1] и управляемые амортизирующие системы (с жесткостью, изменяемой с помощью: магнитореоло-гической жидкости, сложной системы с управляемыми клапанами в гидравлической системе либо элекгромаг-ни.нои демпфирующей chl'IVMUk). Такие сиисмы moi у i сл^жшь как аморги^нру ющие äix Jfceiv íparfciiopiHO-ю средства. сак и к.трано для водипглх, ценно! и ipv¿a. arc ска с пассажирами.
Каацдык HS :шив аморгмшруюлдех сшш имеег сибсдеенные доеюннеша н недосиикк.
• пассивными системами невозможно оперативно управлять:
• амортизаторы с магнитореологичесхои жидкостью нмеют уменьшенный ресурс за счет того, что жидкость. которой наполнены амортизаторы из-за примесей выступает как абразив [2]:
• амортизирующие гидравлические системы, основанные па электромагнитных клапанах, пе обладают оы с окон надежностью:
• яттеятроиягннткые ямпртнчирую-ттие системы потребляют ягектричегкуто мптпногтт, порой весчк^а значительную. из бортевой сети.
П Постановка задачи
Данное исследование посвящено нсследовашпо конструкции амортизирующего устройства, еспогаплсго па пневматической системе [2], которую мы дополняем электромагнитным демпфером (компенсатором жесткости) [3]. Данный тип системы амортизации был выбран за с чет неприхотливое ти в обслуживании. высокой надежности и простота в управле:пш
Цглкк) и((мглс»к;1ним чклипги умгнкшгниг кргм-ни гкиПомных колгбнний исимшкигшии оГгм«г<< ну1гм оптимизации конструкции мпгннгопровода и применяемых материалов "емпфера ятя улучшения максимального развиваемого тягового усилия, а также для расширения диапазона, в котором это усилие достигается.
Ш. ШОРНЯ
Для исслеловання виброзащнтной системы рассмотрены свободные колебания в одностепенней системе. Опьикый образец весом в 1003 килограммов сбрасыгаегсм с высоты 100 мм. Силданл модель амиршзируюшеш устройств х основанного па пиевмапгчеекой политике, в которую внедрена модель электромагнитного коррек тора жесткости (риг 1 ) Свободные колебания АО и давление рабочего га^я пнеямлямлртияатора (ПА) с электромагнитным компенсатором описываются следующей математической моделью:
¿Р__к Г -г.
<Н со
М ¿ + (Р-РС).5, -Ях мНп2 + ¥ш=0,
где Р - текущее давление рабочего газа (воздуха) в резннокорлнои оболочке:
Р ^ - давление в эезннокорлной оболочке ПА при статическом положении:
Г0 - ьыеига подъема .АО.
V с рабочий объем ПА при статическом положении АО;
М.- масса амортизированного объекта и ускорение силы тяжести:
♦I; - показатель адиабаты:
.У, - эффективная площадь ПА.
2,2 ,2 — относительные перемещения, скорость и ускорение АО;
гили фгнин н РТСО
Рэм - злехтромстгнитная сила, развиваемая компенсатором.
В случае пассивной внброзатцнтпой системы Бом — 0 Н.
¿2£П 2 = -
1 при 1 < О,
С2)
1 при г > 0.
При с оставлении уравнений приняты следующие допупгения
I. Рабочий газ в ПА подчиняется законам идеальных газов.
?. Т-\111Г|;ИГуТ1И окру/КИКНИ.гЙ ГрГДМ ичонннл и рачьи Тг
3. Раоочнй продссс в LLA считается адиабатическим.
4. Движение АО происходит только в вертикальном направлении. 5 Зффгк1 тикная илощидк (Я:«) ПА при дкилгнии АО нг мгтгп.1
6. Утечки газа из 1_А отсутствуют.
7. = 0,01 (для случая примененной решно кордной оболочки Н-48. определено экспериментально).
д ил
РиШ
Рис. I. Имитационная модель пневматического амортизатора с устройством демпфирования колебаний
[\&»тематнческая модель соленоида описывает процессы в электрической подсистеме иг. основе уравнения, -хкпг-ллеыно! о 1ю тирому закону Кир.-иофа.
¿1
_ . _. , И дШ) йх
и=К \+Цх) —+2--;
аг пт
|Л 1 Г п. . <Н.(г) От
— ---и-Р-1-1--—--
¿/Г Цх) | Л*
(3)
(4)
(5)
(6)
где и - номинальное напряжение питания соленоида: Е.— .и1фоиш.1енис ».тушки сслшикда,
Цх) - индуктивность катушки соленсида: I - тек в катушке еолепсила:
х - координата перемещения сердечника соленоида: V/ — и:т10К0; цп1.гни- киупкн [шгнон^
Ha ix hinu* mhi hkihoiti ronpciиклгни* whi hhthoh цгии солгн(>и;<и снфГуулим mi индушикнопь н пиле чаки-епмости ст косрдгшаты перемещения сердечника соленоида:
и^-х-а-а fa-к-аа х
ка-*-* "i"-»1 (g)
R„ у а+л а—л
j , = N п п'N' 8
(5)
ГДГ Rill — Viai НИ1ИОГ гшцхггиклсжиг гипгмы
/¿с магнитная проницаемость вакуума;
N - число витков катушки соленоида;
L- индуктивность соленоида:
а толпгана мягнктопровода:
d - ширила воздушного зазора d машитспроводе:
g- величина возлулгаого зазора между сердечником и катушкой.
Элгк'1]к>ми11«кгнлм гили (injjr,»if-ivmT>i к иргдположгнии .1ИНГИНИЙ магнитной снпгиы и ncinxmHi iM тки при изменении координаты перемещения сердечника соленоида:
JW=LI JLVJl (l0)
dx 1 dx 2 (а+х/ '
dL(x)_ a-L' qj^
dx (a+x)2
где W - энергия магнитного паля соленоид?..
Параметры моделирования: осеснмметричная задача магнитостатики, количество витков катушки: 2* 16j. в продольном сечении магнитолровод ш-образный с концентраторами электром:Лгнитного поля [5]. количество ампер-витков 6600. ток при повторно-кратковременном режиме работы до 2'J А. средний ток через оомотку 7,57 А. конструкция и геометрические размеры при опыте с электротехнической и конструкционной сталью неизменны.
Ныли 11{И1ИГДГНК1 -жгигримгты НО ишгнгник! миггриала, ИХ IUII4J]KIIO НЫНОЛНГН CqV№4HHK ЧЛГКфПМЛ! ниг-
ного компенсатора жссгкости. Ькл неслсдозян цельнолнтой сердечник нз конструкционной стали, цельнолитой сердечшгк нз копструкцноппой ехали увеличенного сечепия (15 мм) и сссташюй сердечник, состоящий из участков конструкционной стали и кеодимовых магнитов [б]. Исследовались две ситуации: коэрцитивная сила ма мни:« нанранлгнн нгрнгндинулмрно лиГк» и^шшмкнп «н и симмприи компгнгатра
IV. Результаты экспериментов
В результате исследования конструкций электромагнитного компенсатора жесткости выявлено, что при использовании магнитопрсвода из электротехнической стали позволяет достичь максимальных результатов по развиваемому усилию. Устройетво позволяет повысить эффективность гашения колсоаний Зрсмя гашения ссобсдиых колебаний исследуемого груза с компенсатором жесткости снизилось с 10,6 с. до 7,2S9 с
Прн использовании в конструкции секционированного сердечника (со вставками неодимового магнита) максима, ¡книг рачкикаг-миг угили- снижалось до 40—50 Н
На рнс. 2 показаны графики развиваемы?: усилии в зависимости от материала мягнитопроводг н положения сердечника электромагнитного корректора лсееткоети.
-^пс. 2.1 рафики зависимости усилия, развиваемого компенсатором. в зависимости от материала млгнктзпровс-д - ЧЬ - - магннтопровод из электротехнической стали, ♦ - магннтопровод зз конструкционной
пали
Рис. 3. Картина распределения мапштпого пала при коэрцитивной силе,
наиравдеыион нгрпен_цк\_1мрно (А) и иродо.иэни (Б) оси симлипрмн демпфера V. ВЬЗЭДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ
'Ъ.тттгримгь-т ТТОДТКГрДИЛ ЧТО ТТрИМГНГКИГ --nrv-ромлгнтттнпго VOppfVTOpí жггттгогти ут.к'нъ тг л ^т время гчг-
бодных колебаний Выявлено. что, с точхн зрешы максимального развиваемого усилия, предпочтительно не ноль =окание и канеспе материала &iai ни i оирскода ¿лекцхлехнкчсскии схилн т счет ее кысоаои .чнишший проницаемости. 11рн использовании конструкционной стали необходимо увеличивать размеры сердечника для достижения сопоставимых результатов с магнитопроводом из электротехнической стали, что ведет к увеличению 1йблриюв и массы ycLponciua. Прнме.-<енне ь консфукдни сердечника иеодимскых. müjhhiuh снижало усилие. развиваемое устройством
Управляемые корректоры жесткости возможно применять как в лодрессорнзанин транспортного средства в нслом так и отдельных его составляющих (отсека с грузом/пассажирами, а также водительского креелл) для спи/Кения влтшдтя пеоовпостн дорожного полотна на безопасность н скорость перемешешш
СПИСОК ЛПТЕГАТУГЫ
1. Пал. 6286820 США. Рпешиайс vj.4uiv will: a vibialiou dampei RaulfM. [el al.] 2001.
2. Deo H.. Suh N. I1. I'ncuniatic suspension system with independent consol ot damping. stiifr.css ar.d ndc-hcight '/Proceedings of 1СAD2006, 4th International Conference on Axiomatic Design. Firenze, 2006. P. 1-6.
3. Вazitienkov А М., Mikhailov V P. Active and semi active vibration isolation systems based, oti magiierorlieo-logical materials // Procedia Engineering 2015. Vol 106. P. 170-174 ГЮ1:10.1016/] proeng _2Q15.06.021
4. Пат. 157196 Российская Федерация. МГШ F 16 F 9/04. F 16 F б/ООЭлеиропневматнческий демпфирующий амортизатор. Хамитов Р. Н.. Демин А_ В.: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный технический лгннверситет. № 2015122537/11; заявж. 10.06 2015; опубл. 27.11.2015.
5. Dentin А_ V., Andreeva E.G.. Seiniua I. A. The study of electromagnetic processes and characteristics systems with open magnetic core //Control and Communications (SEBCON); 2015 International Siberian Conference on. IEEE. 2015. P. H DOLlO.l 109, SIBCON 2015.7146974
6. Kim Y. B. [et aL] Active vibration control of a suspension system using an electromagnetic damper .■'/Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part D // Journal of Automobile Engineering. 2001. Vol. 215. no Б. C. 865-873.
