CC BY
55
МОРСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
УДК 629.12.037.4:534.013
М. Н. Покусаев, М. М. Горбачев
ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СУДОВОГО ДЕМПФЕРА КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ДВС С НАПОЛНИТЕЛЕМ С ИЗМЕНЯЕМЫМИ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
Основными демпфирующими устройствами в составе судовых силовых установок с двигателями внутреннего сгорания в ВолгоКаспийском регионе являются силиконовые демпферы [1].
При всех достоинствах силиконовые демпферы обладают рядом недостатков, один из которых заключается в нелинейной зависимости коэффициента демпфирования от скорости сдвига, т. е. от скорости движения маховика демпфера относительно ступицы силиконового демпфера. Данный недостаток можно устранить, создав демпфер крутильных колебаний с управляемыми характеристиками демпфирования крутильных колебаний.
Идея создания управляемого демпфера может быть воплощена, если вместо силиконовой полиметилсилоксановой жидкости использовать магнитореологическую жидкость на основе полиэтилсилоксана. В состав магнитной жидкости помимо жидкости-основы входят сферические частицы магнетита или карбонильного железа размером порядка 10"6-10"9 м, а также поверхностно-активные вещества для стабилизации магнитной жидкости. При воздействии на магнитную жидкость внешним магнитным полем она увеличивает свою вязкость в несколько раз в зависимости от своего физико-химического состава.
Таким образом, создание физической модели силиконового демпфера с наполнителем из магнитореологической жидкости сводится к следующему:
- создание модельного демпфера;
- создание устройства, генерирующего магнитное поле (предполагается использовать для этой цели электромагнитное поле);
- выбор и изготовление магнитной жидкости.
Модельный демпфер спроектирован в научном центре MTS АГТУ на основе подобия реального демпфера фирмы STE (Германия), устанавливаемого на дизелях типа 8NVD-48 AU. Демпфер состоит из маховика, ступицы, крышки. Между маховиком и ступицей находится полиметилсилоксановая жидкость. Для применения данного демпфера в исследованиях по изучению изменения коэффициента демпфирования при использовании в качестве наполнителя магнитореологической жидкости необходимо выполнить маховик из немагнитного материала. Предполагается использовать свинец,
бронзу или латунь, а в качестве магнитной жидкости - магнитную суспензию МРС ТУ49-2-2-89, разработанную ФГУП «СКБ Полюс» (г. Иваново, Россия).
До проведения непосредственно эксперимента по характеру работы такого силиконового демпфера необходим численный эксперимент на основе предлагаемого ниже расчета.
Первым этапом при анализе работы такого демпфера будет расчет экспериментальной установки на крутильные колебания и выяснение по методике, изложенной в источниках [2, 3], оптимальной вязкости для наполнителя демпфера. Оптимальная вязкость рассчитывается по формуле
ярямм^Л Ае.
рм2 Я “•” V 1 рм 2Я
(1)
где Ян, Яв, Ь - наружный, внутренний диаметры маховика демпфера и его ширина;
0О, е0 - постоянные безразмерной системы;
М, N - коэффициенты, рассчитываемые в зависимости от размеров маховика по формулам (2) и (3):
4 т ( т>3\
ЛГ ! ^в5 ОС Ь
N = 1 -—в- + 2,5— Ян5 Ян
\ Яв4 ^
1 + ~7-
, Я4.
(2)
(3)
ст - фрикционная стойкость демпфера;
См, ст - амплитуда приведенного к синусоидальному демпфирующего момента;
р - плотность жидкости;
к - зазор между корпусом и маховиком демпфера.
Далее, по паспортной характеристике магнитной жидкости (зависимость кинематической вязкости от индукции магнитного поля) можно оценить значение индукции магнитного поля, при которой вязкость для данной жидкости будет соответствовать расчетному значению. Теоретической зависимости изменения кинематической вязкости от индукции магнитного поля нет, поэтому она основывается на экспериментальных данных и зависит от вида магнитной жидкости.
При расчете необходимо учесть следующие моменты:
- маховик демпфера следует изготавливать из немагнитного материала (например, бронза, латунь, свинец) для исключения влияния магнитного поля; при этом произойдет изменение массы и момента инерции демпфера;
- влияние магнитного поля на ступицу демпфера, изготовленную из стали, будет выражаться в создании дополнительного демпфирующего момента в крутильно-колеблющейся системе;
- демпфер крепится к валу установки с помощью жесткого крепления.
2
к
В дальнейшем производится расчет коэффициента демпфирования при различных значениях вязкости магнитной жидкости, а соответственно при различных параметрах электромагнитного поля. Методика расчета приводится в [1].
На основе расчета проводится анализ и прогнозирование результатов эксперимента, а затем эксперимент для подтверждения математической модели.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Степанов Д. В. Оценка работоспособности силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых среднеоборотных дизелей: Дис. ... канд. техн. наук. -Астрахань. АГТУ, 2001. - 234 с.
2. Истомин П. А. Крутильные колебания в судовых ДВС. - Л.: Судостроение, 1968. - 303 с.
3. Алексеев В. В., Болотин Ф. Ф. и др. Демпфирование крутильных колебаний в судовых валопроводах. - Л.: Судостроение, 1973. - 280 с.
