CC BY
12
Електричний транспорт
УДК 629.1.032 doi: 10.20998/2074-272X.2019.5.09
В.В. Дущенко, В.Г. Маслieв, Р.А. Нашвський, А.О. Маслieв
ЗАСТОСУВАННЯ МАГН1ТОРЕОЛОГ1ЧНИХ ЕЛАСТОМЕР1В ДЛЯ КЕРУВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СИСТЕМ П1ДРЕСОРЮВАННЯ КОЛ1СНИХ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБ1В
Метою роботи е достдження впливу керування пружними та демпф1руючими характеристиками системи пдресо-рювання на основ1 використання магн1тореолог1чних еластомер1в на плавтсть ходу колгсних транспортних засоб1в. Методика. При дослгдженнях використано методи: теори магнтного поля, теори ждресорювання транспортних засоб1в, теори планування експерименту, а також пакет Femm для достдження характеристик магттного поля та математичне моделювання руху колгсних транспортних засоб1в по нер1вностям у середовищ1 Delphi. Результати. Розроблено, дослгджено та запатентовано конструкци пружних шаршр1в важел1в тдвкки з магн1тореолог1чними еластомерами. Визначено в1дносш меж змши модулы пружност1 та втрат даних шаршр1в при здшсненш керування характеристиками тдвкки для забезпечення тдвищення плавностг ходу колгсного транспортного засобу. Наукова новизна. Вперше дослгджено доцтьнкть застосування магн1тореолог1чних еластомерш для керування пружними та демпф1руючими характеристиками систем шдресорювання колгсних транспортних засоб1в та визначено законы керування, як дозволяють шдвищити плавшсть ходу бтьше нж на 40 %; встановлено, що керування модулем втрат в бтьшш м1р1 впливае на шдвищення плавностг ходу, нж керування модулем пружностг. Практична цтшсть. Розроблено конструкци та визначено в1дносш меж змгн модулгв пружностг та втрат шаршр1в b магштореолог1чних елас-томер1в при здшсненш ¡х керування, що дозволить формулювати вимоги до еластомер1в при розробщ перспективних конструкцш шарн1р1в для систем шдресорювання транспортних засоб1в. Бiбл. 21, рис. 17.
Ключовi слова: магштореолопчний еластомер, керуюче магнггне поле, модуль пружноси, модуль втрат, колкний транспортний 3aci6, система пвдресорювання, пружш шартри, керування характеристиками пвдвкки.
Целью работы является исследование влияния управления упругими и демпфирующими характеристиками системы подресорювання на основе использования магнитореологических эластомеров на плавность хода колесных транспортных средств. Методика. При исследованиях использованы методы: теории магнитного поля, теории подрессо-ривания транспортных средств, теории планирования эксперимента, а также пакет Femm для исследования характеристик магнитного поля и математическое моделирование движения колесных транспортных средств по неровностям в среде Delphi. Результаты. Разработаны, исследованы и запатентованы конструкции упругих шарниров рычагов подвески с магнитореологическими эластомерами. Определены относительные границы изменения модулей упругости и потерь данных шарниров при осуществлении управления характеристиками подвески для обеспечения повышения плавности хода колесного транспортного средства. Научная новизна. Впервые исследованы целесообразность применения магнитореологических эластомеров для управления упругими и демпфирующими характеристиками систем подрессоривания колесных транспортных средств и определены требования к законам управления, которые позволяют повысить плавность хода более чем на 40 %; установлено, что управление модулем потерь в большей степени влияет на повышение плавности хода, чем управление модулем упругости. Практическая ценность. Разработана конструкция и определены относительные границы изменений модулей упругости и потерь шарниров с магнитореологическими эластомерами при осуществлении их управления, что позволит сформулировать требования к эластомерам при разработке перспективных конструкций шарниров для систем подрессоривания транспортных средств. Библ. 21, рис. 17.
Ключевые слова: магнитореологический эластомер, управляющее магнитное поле, модуль упругости, модуль потерь, колесное транспортное средство, система подрессоривания, упругие шарниры, управление характеристиками подвески.
Постановка проблеми. Одним з перспективних напрямшв подальшого тдвищення плавносп ходу транспортних засобiв (ТЗ) при pyci по переаченш мюцевосп з високими швидкостями е застосування керування характеристиками Гх систем шдресорювання (СП). Однак, вiдомi традицшш ршення керованих вузлiв СП характеризуются складшстю, високою вартютю та ненадшшстю, що суттево стримуе Гх впровадження на сершних зразках ТЗ. Одшею з голо-вних причин цього е незмшшсть фiзико-хiмiчних вла-стивостей i характеристик традицшних матерiалiв, що використовуються у вузлах СП в якосп робочого тша. Можливе виршення даноГ проблеми полягае у засто-суванш нових, альтернативних, так званих «штелек-туальних» матерiалiв (smart materials), яш можуть змiнювати своГ властивосп пвд дiею зовшшшх керую-чих впливiв. Зокрема, до них належать i магшторео-лопчш еластомери (МРЕ), модулi пружносп та втрат яких можуть змшюватися тд впливом керуючого
магнггаого поля. Розробка нових техшчних ршень керованих вузлiв СП з метою пвдвищення плавносп ходу ТЗ, спрощення Гх конструкци, забезпечення не-обхвдно! швидкодп керування при помiрному енерго-споживанш е актуальною науковою проблемою, на виршення якоГ i направлено представлеш науковi дослщження.
Аналiз наукових публшацш. У роботах [1-3] наведено технолопю виготовлення МРЕ: до матриц ^з звичайноГ, або силшоновоГ гуми, полуретану, то-що), додають певну шльшсть (до 40 % за об'емом) наповнювача - феромагнiтних частинок, наприклад, карбонiльного залiза, iз розмiром ввд 5 до 40 мкм. Су-мiш полiмеризують при температурi близько 150 °С. Якщо даний процес вiдбуваетьcя пвд дiею магнiтного поля, то отримують МРЕ iз ашзотропними властивос-тями. Без поля - отримують iзотропний МРЕ.
© В.В. Дущенко, В.Г. Масл1ев, Р.А. Нашвський, А.О. Масл1ев
У робот [4] експериментально доведено, що при гармонiчних деформацiях зразк1в iз МРЕ з частотами 1...50 Гц, прикладення магнiтного поля збiльшуe у рази !х демпфiруючи властивостi.
У робот [5] дослiджено вплив магнитного поля на зразки iз МРЕ при частот деформацiй 10 Гц. Дем-пфiруючи властивостi збiльшувалися в межах ввд 4 до 18 разiв, в залежностi вiд розмiру i концентрацп маг-нiтних частинок та величини iндукцi! накладеного магштного поля. Насичення МРЕ вiдбувалося при 600...800 мТл.
У роботi [6] дослвджено демпфер, що створений на основi МРЕ, та призначений для вiброзахисту пре-цизiйного обладнання. Доведено, що швидкодiя демпфера, яка склала 0,5 с, залежить ввд часу перехвдних процесiв в МРЕ. Швидкодiя може регулюватися шляхом змши сили струму в котушщ керування.
У роботi [7] проведено порiвняльну оцiнку рiз-них тишв демпферiв для прецизiйного обладнання, у тому чи^ i на основi МРЕ, та доведено його переваги. Ефектившсть демпфiрування зростае iз збшьшен-ням об'емно! концентрацп у МРЕ магниних часток.
У робот [8] дослвджено зразки iз МРЕ, матрицю якого виконано з натурального каучуку, а наповнюва-чем обрано карбонiльне залiзо (11 % за об'емом) iз частками розмiром 3,5 мкм. Матриця полiмеризувала-ся пiд дieю зовшшнього магнiтного поля до 1 Тл, для отримання анiзотропних властивостей МРЕ. Також дослвджувався зразок з iзотропними властивостями. У зразк1в з бшьш анiзотропними властивостями прирiст модуля зсуву при накладенш керуючого магнiтного поля (0.600 мТл), збшьшувався швидше.
У робот [9] виявлено збiльшення модуля зсуву у зразках iз МРЕ на основi натурально! гуми до 130 %, а на основi силжоново! гуми набагато бiльше.
У робот [10] дослвджено зразки з МРЕ iз вмю-том карбоншьного залiза до 40 % (за об'емом) з роз-мiром часток 1.10 мкм. Доведено, що при зростанш об'емно! концентрацп часток наповнювача ефектив-нiсть поглинання енергi! коливань демпфером зростае. Пвдтверджена можливють регулювання жорстко-стi демпфера iз МРЕ за допомогою керуючого струму.
Аналiз наведених робiт показуе, що дiапазон змiн модулiв пружностi i втрат МРЕ пiд дiею магтт-ного поля надае перспективу !х застосування у системах керування характеристиками СП колюних ТЗ, але дослвдження магнiтних i механiчних властивостей МРЕ знаходяться ще на початковiй стадi!:
• дослщжено зразки в основному невеликих роз-мiрiв та !х малi деформацп: оск1льки для отримання необхiдного ефекту необхвдно реалiзувати магнiтне поле близько 1 Тл, то зразки iз МРЕ виконувалися з розмiром у напрямку дi! вектора магнiтно! iндукцi! не бiльше за 1 мм. Вщповвдно, дослвдження характеристик вщповщають зразкам з такими параметрами;
• недостатньо дослщжено швидкодiя процесiв керування, та !! залежить ввд спiввiдношення в'язк1сних та пружних властивостей МРЕ;
• недостатньо дослвджено спiввiдношення зрос-тання модуля пружност та модуля втрат вiд дп магнi-тного поля.
Тому, метою роботи е дослвдження впливу керування пружними та демпфiруючими характеристиками СП на основi використання МРЕ на плавшсть ходу колiсних ТЗ.
Задач^ як1 треба вирiшити для досягнення мети:
• виготовити зразки з МРЕ з параметрами, яш придатш для дослiджень та використання у СП;
• розробити та створити стенд для дослвджень впливу магштного поля на пружш та демпфiруючи характеристики зразшв з МРЕ;
• розробити та створити на сучасному рiвнi вимь рювальну апаратуру для дослвджень;
• провести експериментальнi дослвдження в умо-вах стенду впливу магниного поля на статичнi та ди-намiчнi характеристики зразк1в з МРЕ, у тому чи^ на швидкодш керування та спiввiдношення модулiв пружностi i втрат при дп керуючого магнiтного поля;
• розробити конструкцш вузла iз керуючим при-строем на основi МРЕ для шартра важеля СП;
• шляхом комп' ютерного моделювання провести порiвняльнi дослщження плавностi ходу серiйного колiсного ТЗ з таким, що обладнано системою керування на основi використання МРЕ у СП;
• розробити рекомендаци щодо використання МРЕ для керування пружними та демпфiруючими характеристиками СП колюних ТЗ.
Методика проведення дослщжень. В загально-му випадку СП колiсних ТЗ мае у своему складi пру-жш елементи, демпфiруючи пристро! (амортизатори) та направляючi пристро! у виглядi важелiв, як1 поед-нують колеса через пружш гумовi шарнiри iз корпусом ТЗ. Жорстшсть та демпфiруючи властивостi да-них шарнiрiв впливають на характеристики пiдвiски, а отже, i на плавнiсть ходу ТЗ.
Таким чином, шляхом замши у шарнрах гуми на МРЕ, можна реалiзувати керування пружними i дем-пфiруючими характеристиками пiдвiски у цшому.
Схему двохваж1льно! пiдвiски колiсного ТЗ наведено на рис. 1, де пружш шарнри 4 важелiв вико-нано iз МРЕ. З метою керування !х пружними та дем-пфiруючими властивостями, на торцях шарнiрiв роз-мiщено електромагнiти, яш створюють керуюче маг-нiтне поле.
Для обчислення магнiтно! iндукцi!, дослщження рiвномiрностi розподiлу магнiтного поля у втулках iз МРЕ шарнiрiв 4, та вибору !х рацiонально! конструк-цi!, було застосовано програмний пакет Бетт. Кiнце-во-елементна сiтка створювалася у автоматичному режимi з можливютю !! корегування для уточнення результапв дослiджень.
Вих1дними даними для дослвджень були креслен-ня пружно! втулки, фiзичнi характеристики матерiалiв складових магнитного ланцюга та магнiторушiйна сила, що створювалась струмом, який живить котушку. Кри-вi намагнiчування для обраних комерцiйно доступних марок сталей i МРЕ наведено на рис. 2, 3 ввдповвдно до [11, 12].
З метою запобтання перерву було встановлено обмеження на величину щшьносп струму у дроп ко-тушки < 10 А/мм2 , при термш дп < 10 с.
Було розглянуто та дослвджено дек1лька варiантiв конструкцiй пружного шарнiра iз МРЕ, [10, 13-15]. Най-бiльш рацюнальним з точки зору технологи виготов-лення, можливостi розмiщення та ремонтопридатносп було обрано варiант [15], який показаний на рис. 4.
Рис. 1. Схема двохважшьно! пiдвiски ТЗ: 1 - колесо; 2 -нижнш важшь; 3 - верхнш важшь; 4 - пружнi шарнри iз МРЕ з електромагнiтами керування; 5 - демпфiруючий при-стрш (гiдроамортизатор); 6 - пружний елемент (торсюн)
Рис. 2. Кривi намагшчування: 1 - лита сталь; 2 - електроте-хнiчна сталь Е11; 3 - листова сталь, 4 - пермалой
рацюнальш значення, при яких магнiтна iндукцiя у торцевому 1 та ращальному 2 пружних елементах iз МРЕ розподiлялася достатньо рiвномiрно, а вщхилен-ня ввд середнього значення в межах 10 %, (рис. 5).
Рис. 4. Конструкщя шаршра з МРЕ: 1 - кронштейн; 2 - бол-ти кршлення до корпусу машини; 3 - котушка; 4 - торцевий пружний елемент iз МРЕ; 5 - важшь тдтски; 6 - радiаль-ний пружний елемент iз МРЕ; 7 - торсюн
Рис. 3. Кривi намагнiчування: 1 - МРЕ iз вмiстом за об'емом 20 % карбоншьного залiза; 2 - МРЕ iз вмютом кар-бонiльного залiза 40 % за об'емом; 3 - чистий порошок карбоншьного залiза
Результати дослщження з використанням про-грамного пакету Бетт, довели, що для забезпечення найбiльше рiвномiрного розподiлу магнино! iндукцi! у торцевому 4 та ращальному 6 пружних елементах, що виготовлеш iз МРЕ, (рис. 4), одну з поверхонь у кожного з них треба виконати у виглядi конуса.
Варшвання величиною купв нахилу утворюю-чих конусiв до ос торсiону 7, дозволило отримати !х
Рис. 5. Результати дослвджень розпод1лу магнiтного поля: 4 - торцевий пружний елемент iз МРЕ, 6 - радiальний пружний елемент iз МРЕ; 7 - торсюн (нумеращя позицiй - згь дно до рис. 4)
За прийнятними габаритними параметрами шарш-ра та його котушки 3 (рис. 4), величина припустимо! (за нагрiванням) магнiторушiйноl сили склала ^ =1500 А. Це дозволило отримати магштну iндукцiю у пружних елементах 4 i 6 в межах В = 0,5.0,6 Тл, (рис. 5). Зпд-но до [18], модуль пружносп та коефщент жорсткос-тi мали збiльшитися на 25 %, а коефщент демпфiру-вання - на 18 %, що недостатньо для досягнення по-
ставлено! мети дослщжень. Тим не менш, у шших джерелах стверджуеться, що це пiдвищення може бути суттево бiльшим [4, 9]. Причина дано! суперечли-востi полягае в тому, що вщносна магнiтна проник-нiсть МРЕ невелика: при 40 % карбоншьного залiза за об'емом i В = 0...0,5 Тл, ~ 10, а в при В = 0,5...1 Тл вона ще зменшуеться до ^ ~ 4 (рис. 3).
У свою чергу, в роботi [19] рекомендовано шд-вищувати магнiтну проникшсть для практичного ви-користання МРЕ. Таким чином, дана суперечливють потребуе ретельно! експериментально! перевiрки, яку i було проведено на спецiально розробленому стендi, що показаний на рис. 6 [16, 17].
слвджень було використано метод електротензометри, вимiрювальнi прилади створювалися на базi сучасних мшропроцесорних технологiй (рис 8).
Рис. 7. Схема стенду для дослщжень зразюв iз МРЕ: 1 - мехашчний ексцентриковий вiбратор (частотний дiапа-зон 0 ... 20 Гц; амплпуда коливань 1 мм); 2 - маса, що ко-ливаеться; 3 - котушки для збудження магштного потоку; 4 - осереддя котушок; 5 - пружт зразки iз МРЕ, що досль джуються; 6 - прогиномiр з тензорезисторами (р - робочий, к -компенсацшний); 7 - магштопровщ; 8 - жорстка лiнiйка;
9 - гнучка пластина iз немагнiтного матерiалу
Рис. 8. Вимiрювальний пристрiй: 1 - аналопж пiдсилювачi струму вiд тензорезистор1в; 2 - обчислювач; 3 - екранова-ний кабель; 4 - ИББ роз'ем виходу цифрованого сигналу до комп'ютера; 5 - кабель живлення
Частотний дiапазон вимiрювального пристрою, в межах якого коефщент пвдсилення мав вщхилення у межах ± 1,5 %, складав 0.20 Гц,. Схему вимiрюваль-ного каналу наведено на рис. 9.
б
Рис. 6. Стенд для дослщжень механiчних характеристик зразюв iз МРЕ (а) та вузол, де встановлено зразки з МРЕ (б): 1 - амперметр; 2 - тензотдсилювач з аналого-цифровим перетво-
рювачем (АЦП); 3 - котушки для збудження магштного потоку 4 - осереддя котушок; 5 - пружш зразки iз МРЕ, що
дослщжуються; 6 - прогиномiр з тензорезисторами; 7 -магшгопроввд; 8 - жорстка лшшка; 9 - гнучка пластина iз немагштного матерiалу; 10 - годинниковий шдикатор
Даний стенд дозволяе проводити широкий спектр дослвджень впливу магнiтного поля на модулi пружно-стi, зсуву та втрат зразк1в з МРЕ. При цьому практично виключено вплив таких стороннiх факторiв, як гравгга-цiйна сила тяжiння та сили тяжiння електромагнiтiв, а замкнений магнггаий ланцюг iз феромагнетик1в буде збшьшувати поток магнiтноl iндукцil, (рис. 7). Для до-
Рис. 9. Схема вимiрювального каналу: 1 - ТР - тензорезис-тори прогинмру (р - робочий, к - компенсшний); 2 - ек-ранований кабель; 3 — аналоговий тензопiдсилювач ЛБ 625; 4 - обчислювач ЛТМБОЛ 328 з АЦП; 5 - персональ-ний комп'ютер
Досл1джувалися зразки 5 (рис. 7) у формi кшець iз зовнiшнiм дiаметром 20 мм, товщиною 10 мм та центральним отвором з дiаметром 6 мм, яш виготов-лялися iз МРЕ по вiдомiй технологil [6].
В якосп матриц МРЕ використовувалася силжо-нова гума. Вмiст карбонiльного залiза за об'емом об-рано 40 %, розмiр магнiтних частинок 5.10 мкм.
Для створення ашзотропно! структури МРЕ по-лiмеризацiя матерiалу зразшв проводилась у термо-шафi при 160 °С упродовж 2 годин та при наявносп магнiтного поля В = 0,6 Тл, вектор якого спрямовува-вся до поверхонь зразшв у тому ж напрямку, у якому буде спрямовано вектор магштно! iндукцi! керуючого магнiтного поля дослвдженнях (задля отримання його бшьшого впливу на характеристики [6]).
Перед початком вимiрювань та пiсля !х завершения проводилася пряма калiброва вимiрювального каналу шляхом змiщения жорстко! лiнiйки 8 у один та другий бiк за допомогою пружного динамометра, що викликало деформування зразшв 5, якi вимiрювалися годинниковим шдикатором 10 (рис. 6). Було отримано масштабний коефiцieнт К = 0,067.
Анал1з статичних характеристик показав, що ш-дукцiя керуючого магнiтного поля В = 0,6 Тл викли-кала зростання коефiцieнту жорсткостi у 1,75, а кое-фiцieнта демпфiрування - у 4,4 рази (коефщент жор-сткостi обчислено при найбшьших значеннях Е та х, а коефщент демпфiрування - за площинками петель гiстерезису). Отже, демпфiруваиня у зразках зростало майже вчетверо швидше, нж !х жорсткiсть (рис. 10). У,
коефщент жорсткостi. Це наближено до результатiв статичних випробувань, та вщомими дослiдженнями
[4, 18].
I
0 0. 08 0.16 0.24 0. )2 М 0.43 *
1 2 3 4 5 С
Рис. 11. Осцилограма коливань маси 2 на зразках 6 за вщсу-тносл керуючого магнiтного поля
Рис. 10. Статичш характеристики навантаження зразкiв iз МРЕ: 1 - без магштного поля; 2 - магштне поле В = 0,6 Тл
Таким чином, отримаш результати вiдрiзняються ввд наведених у [18], але не суперечать в1домим до-сл^дженням, а уточнюють 1х. Це шдтверджуе, що тех-нологiю виготовлення МРЕ та напрямок досл1джень нами обрано правильними.
При проведенш динамiчних випробувань коли-вання збуджувалися механiчним вiбратором 1, який через пружину передавав гармонiчну силу до жорстко! лшшки 8 i розгойдував !! разом iз масою 2 до отримання резонансних амплтгуд.
На рис. 11, 12 наведено осцилограми власних коливань маси 2 на пружних зразках 5 iз МРЕ.
Анал1з осцилограм показав, що при включеннi керуючого магштного поля стала часу зменшувалася з 1,48 с до 0,78 с, тобто швидшсть затухання коливань полшшувалася. Перехiдний процес практично завер-шувався через 3-0,78 = 2,34 с.
При цьому, спостерiгалося зростання коефщен-ту жорсткостi зразк1в близько на 25 %, що викликало зростання частоти власних коливань з 2,5 до 2,7 Гц, тобто на 8 %. Коефщент демпфiрування збшьшився на 118 % (з 0,038 до 0,083), тобто в 4,7 рази бшьше за
0 1 2 3 4 и
Рис. 12. Осцилограма коливань маси 2 на зразках 6 за наяв-носп керуючого магштного поля В = 0,6 Тл
На рис. 13 наведено зразок осцилограми виму-шених (близьких до резонансних) коливань маси 2.
Рис. 13. Осцилограма вимушених коливань маси 2 на пружних зразках 5 iз МРЕ при режимах «вщсутносп - включенш - ввдсутносп» керуючого магттного поля
За допомогою вiбратора 1 система вводилася у режим резонансних коливань, а попм до котушок 3 (рис. 7) подавався струм, який створював керуюче магн^тне поле з iндукцieю В = 0,6 Тл. При цьому амп-лпуди коливань зменшувалися вдвiчi завдяки збшь-шенню демпфiрування у пружних зразках 5 iз МРЕ.
Пiсля вiдключення магнггаого поля система по-верталася до режиму резонансних коливань, а !х амп-
лгтуди зростали вдвiчi, тобто до початково! величини. Тривалiсть перехвдних процесiв склала близько 2,3 с.
Для подальшого зменшення амплiтуд коливань необхiдно збшьшувати магнiтну iндукцiю керуючого поля. Щоб запобiгти зростанню втрат на названия, це доцiльно здiйснювати не за рахунок падвищення струму в котушках, а шляхом створення МРЕ з пвд-вищеною магнiтною проникнiстю.
За результатами проведених дослвджень шарш-рiв з МРЕ отримано 4 патенти Укра!ни [14, 15, 17, 20].
Для теоретичного обгрунтування рекомендацiй щодо практичного застосування отриманих результа-пв, було проведено порiвняльнi дослiдження плавно-стi ходу двох колiсних ТЗ: сершного i такого ж, але обладнаного системою керування характеристиками СП на основi використання шарнiрiв з МРЕ у важелях пвдвкки (рис. 1 та рис. 4).
Плавшсть ходу даних ТЗ дослщжувалася методом комп'ютерного моделювання !х руху по синусо!-дальним дорожнiм профiлям нерiвностей, вiдповiдно до прийнято! у галузi методики, шляхом розрахунку i побудови швидк1сних характеристик СП [21]. Даш характеристики являють собою залежносп висоти нерiвностей h (прохщна висота), яку ТЗ здатен подо-лати з вертикальними пришвидшеннями у мюцях роз-ташування людей не бшьшими за 3 g, (29,43 м/с2), що обумовлено ергономiчними вимогами, вiд швидкостi руху. Швидкiснi характеристики розраховуються для трьох довжин нерiвностей: 1,5L, 2L, та 2,5L, де L -база машини.
Швидшсним характеристикам притаманш зони резонансiв, коли частоти власних коливань тдресо-реного корпусу ТЗ ствпадають з частотою збурень вщ нерiвностей. Прохiдна висота нерiвностей, що вщповвдае резонансу, мае найменше значения, i зветь-ся мiнiмальною прохщною висотою нерiвностей. Вщ-повiдно до сучасних вимог щодо плавностi ходу ТЗ високо! прохiдностi, рiвень мшмальних прохвдних висот нерiвностей повинен складати не менше нiж 0,19...0,24 м, в залежносп вiд задано! середньо! швид-костi руху на мюцевосп.
Для запобiгания перегрiву електромагнiтiв, керу-вання характеристиками СП буде застосовуватися лише при подолаинi дiлянок мюцевосп з важкими дорожиiми умовами, що зазвичай мають протяжиiсть 30.50 м, i на подолання яких буде витрачатися час не бiльше 10 с, при збереженш швидкостi руху.
Для проведения дослвджень було використано експериментально перевiрену математичну модель руху колкного ТЗ [21], яку було доопрацьовано вщ-повiдно до застосуваппя системи керуваппя, та реаль зовано у середовищi Delphi.
Проведемо оцшку впливу характеристик пруж-них шарнiрiв СП серiйного ТЗ на плавшсть ходу.
З рис. 14 випливае наступне. У випадку, коли модуль втрат шарнiрiв дорiвнюе нулю, кривi 2, спо-стертаеться зниження мiнiмальних прох1дних висот нерiвностей на усiх резонансних швидкостях руху, яш приблизно дорiвнюють 6,6 м/с, 8,9 м/с та 11 м/с, ввд-повщно для нерiвностей довжиною 1,5L, 2L та 2,5L.
Дане зниження вiдбуваеться з рiвия 0,12.0,14 м до рiвия 0,09 м, тобто плавшсть ходу попршуеться на 25.36 %.
И. м
д 2,5 L
Д.
%
\2S)L"
ч \ Ч»V
M.5L Л ft \ _____ il — *
""" —
5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00
v, м/с
Рис. 14. Швидкюш характеристики СП: оцшка впливу пру-жних гумових шарнiрiв пiдвiски:
- 1 - шартри з вихiдними характеристиками;
----2 - модуль втрат шаршрш дорiвнюе нулю;
----3 - модуль пружноста шарнiрiв доршнюе нулю
Погiршения ввдбуваеться i на дорезонансних швидкостях для усiх довжин нерiвностей. На зарезо-напсних швидкостях плавшсть руху попршуеться на нерiвностях довжиною 2L i 2,5L i залишаеться не-змiнною на нерiвностях довжиною 1,5L.
У свою чергу, варiаит «модуль пружиостi шарш-рiв дорiвнюе нулю», кривi 3, призводить до пвдви-щення мiнiмальних прохщних висот нерiвностей на резонансних швидкостях руху з рiвия 0,12.0,14 м до рiвия 0,14.0,17 м, тобто плавшсть ходу покращуеть-ся на 17.21 %. При цьому, на дорезонансних швидкостях плавшсть ходу незначно попршуеться, а на за резонансних - покращуеться, на нерiвностях довжиною 2L i 2,5L, та погiршуеться на 1,5L.
Таким чином, характеристики пружних шарнiрiв важелiв СП ТЗ вагомо впливають на його плавшсть ходу, i застосувавши керування !х модулями втрат та пружносп на основi використання МРЕ, можна сутте-во шдвищити як1сть пiдресорюваиня.
З метою скорочення кiлькостi керуючих елект-ромагнтв та спрощення конструкцi! пiдвiски, у пода-льших дослвдженнях було розглянуто застосування керуваппя характеристиками шарнiрiв з МРЕ лише нижшх важелiв пвдвюки, як1 сполучено iз торсiонами.
На рис. 15 наведено результати дослщження впливу керування модулем пружпостi даних шарнiрiв iз МРЕ. З графшв випливае, що при варiаптi «модуль пружносп дорiвнюе нулю», кривi 2, на резонансних швидкостях руху мшмальш прохвдт висоти нерiвно-стей збшьшуються з рiвня 0,12.0,14 м до рiвня 0,13.0,15 м. При цьому плавшсть ходу на дорезонансних швидкостях практично не змiнюеться для уах довжин нерiвностей, а на зарезонансних швидкостях плавшсть ходу незначно покращуеться на нерiвностях довжиною 2L i 2,5L та погiршуеться на 1,5L.
У разi збiльшення модуля пружносп даних шар-нiрiв у 5 разiв (кривi 3) мшмальш прохiднi висоти нерiвностей на резонансних швидкостях руху змен-
V \L
N Y
рл
- . JT V Чч N \
V4 \ \ Ч ' ч
\\ 1.5Л V- / ^ J г ~---
*
шуються з piBM 0,12.0,14 м до pÍBra 0,09 м. При цьому плавнiсть ходу на дорезонансних швидкостях збiльшуeться для ycix довжин ^piBrocTe^ а на заре-зонансних швидкостях попршуеться на yciх нepiвноc-тях, а особливо довжиною 1,5L. При збшьшенш модуля пpyжноcтi у 10 pазiв (кpивi 4) плавшсть ходу погipшyeтьcя практично на уах швидкостях руху i довжинах нepiвноcтeй.
/?, м 1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00
V, м/с
Рис. 15. Швидкюш характеристики СП: оцшка впливу
керування модулем пружносп шаршрш iз МРЕ, (модуль втрат мае вихщне значения):
- 1 - вих^дне значення модуля;
-----2 - модуль доршнюе нулю;
-----3 - модуль збшьшено у 5 разш;
-----4 - модуль збшьшено у 10 pазiв
На рис. 16 наведено результата дослвджения впливу керування модулем втрат шаpнipiв з МРЕ, з яких випливае, що у раз^ коли модуль втрат доpiвнюе нулю, ^rai 2, мiнiмальнi пpохiднi висоти нepiвноc-тей, на резонансних швидкостях руху зменшуються з piвня 0,12.0,14 м до piвня 0,10.0,11 м. При цьому плавшсть ходу попршуеться на уах швидкостях руху i довжинах нepiвноcтeй.
h, м 1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00
V, м/с
Рис. 16. Швидюсш характеристики СП: оцшка впливу керування модулем втрат шартрш (модуль пружносп мае вихщне значення):
-1 - вих^дне значення модуля;
----2 - модуль доршнюе нулю;
____3 - модуль збшьшено у 5 разш;
____4 - модуль збшьшено у 10 pазiв
Л\
л ' \ 2,5/.
\ \ \ \ \
ЛоЪ Л\
\ • ' \ N \ .4
Vv \ 3 4.4 ч_
••я. -х \ s. V' 'SN W . / t
Xs т Ov 7*"
¡Su
- -----
При зб№шенш модуля втрат даних шаpшpiв у 5 pазiв (крит 3) мшмальш прохвдш висоти нepiвноcтeй на резонансних швидкостях руху збшьшуються з piв-ня 0,12.0,14 м до piвня 0,17.0,18 м, тобто на 28,6.41,7 %, що впритул наближаеться до piвия су-часних вимог (0,19...0,24 м). На дорезонансних швидкостях руху плавшсть ходу покращуеться на уах довжинах нepiвноcтeй, а на зарезонансних - покращуеться на нepiвноcтях довжиною 2L i 2,5L та незначно попршуеться на нepiвноcтях довжиною 1,5L.
При збшьшенш модуля втрат у 10 pазiв ^prni 4) на резонансних швидкостях руху мшмальш пpохiднi висоти нepiвноcтeй незначно знижуються з piвня 0,12.0,14 м. до piвня 0,12.0,13 м. На дорезонансних швидкостях руху плавшсть ходу ютотно покращуеться на уах довжинах нepiвноcтeй, на зарезонансних швидкостях плавшсть ходу незначно попршуеться на нepiвноcтях довжиною 2L i 2,5L i суттево попршуеться на нepiвноcтях довжиною 1,5L.
На рис. 17, 18 наведено результати дослвджения впливу спшьного керування модулями втрат та пружносп шаpшpiв з МРЕ нижшх важeлiв пiдвicки на пла-внicть ходу ТЗ.
И. м
1,00
0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 ОДО 0,00
\ \л 5 L
V \
ы \ \ к
ел N s\
\л л Л,/1 \ V
Ч ^ ч ч. Ч- / * i- — ^
у, ' >v- L -- —
5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00
13,00 V,
14,00
м/с
Рис. 17. Швидюсш характеристики СП: оцшка впливу спшьного керування модулями втрат та пружносп шаpиipiв нижтх важeлiв:
-1 - вихщне значення модулш втрат та пружносп;
-----2 - модуль втрат збшьшено у 5 разш, модуль
пружносп доpiвнюе нулю;
-----3 - модyлi втрат i пружносп збшьшено у 5 pазiв;
-----4 - модуль втрат збшьшено у 5 разш, модуль
пружносп збшьшено у 10 pазiв
Ввдповвдно до рис. 17, для ваpiанта «модуль втрат збшьшено у 5 pазiв, модуль пружносп доpiвнюе нулю», xprai 2, мшмальш прохщш висоти нepiвноc-тей, пвдвищуються з piвня 0,12.0,14 м до piвня 0,17.0,19 м, тобто на 35,7.41,7 %, що е близьким до piвня сучасних вимог (0,19...0,24 м).
Ваpiаит «модyлi втрат i пружносп збшьшено у 5 pазiв» (крит 3) дозволяе суттево (до 43 %) шдвищити плавнicть ходу на дорезонансних швидкостях руху на уах довжинах нepiвноcтeй.
Ваpiаит «модуль втрат збшьшено у 5 pазiв, модуль пружносп збшьшено у 10 pазiв» (крит 4) при-зводить до попршення плавноcтi ходу в усьому дiапа-зонi швидкостей, на уах довжинах нepiвноcтeй.
З графЫв, наведених на рис. 18, випливае, що зростання модуля втрат у 10 разiв (графiк 2) призво-дить до покращення плавносп ходу на нерiвностях довжиною 1,5£ на дорезонансних швидкостях, та по-гiршенню - на зарезонансних швидкостях руху. Цей варiант забезпечуе зростання мшмальних прохщних висот нерiвностей (на швидкосп 9 м/с) з рiвня 0,12.0,14 м лише до рiвня 0,13.0,14 м, тобто гiрше, шж у попередньому випадку.
Ъ, м
\ л 2,5 1
• к
>
Ч/ \\ Ч
- Ч
^ \ Ч
к--, ^ ■ ^
Г
5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00
У, м/с
Рис. 18. Швидшст характеристики СП: оцшка впливу сильного керування модулями втрат та пружноста шарнiрiв нижнiх важелiв:
- 1 - вихдае значения модулiв;
_____2 - модуль втрат збшьшено у 10 разiв, модуль
пружносп доршнюе нулю;
------3 - модуль втрат збшьшено у 10 разiв, модуль
пружносп збiльшеио у 5 разш;
-----4 - модулi втрат i пружностi збшьшено у 10 разш
Варiанти «модуль втрат збшьшено у 10 разiв, модуль пружносп збшьшено у 5 р^в» (графж 3) та «модулi втрат i пружиостi збiльшено у 10 р^в» (гра-фiк 4) демонструють, що таке збiльшения модулiв призводить до суттевого погiршення плавносп ходу в усьому дiапазонi швидкостей та нерiвностей.
Обговорення результат. Анатз графiкiв, як1 представлено на рис. 14, доводить, що характеристики пружних шарнiрiв важелiв СП ТЗ вагомо вплива-ють на його плавнiсть ходу i керування !х модулями втрат та пружносп дощльно впроваджувати на ТЗ. З метою зниження енергоспоживання та запобiгания перегрiву вузлiв, дане керування доцшьне на резонан-сних швидкостях руху при подоланш дшянок мюце-востi з важкими дорожшми умовами, без зменшення швидкостi руху.
Доцшьним е керування у бшьшш мiрi модулем втрат, нж модулем пружносп, бо збшьшення остан-нього може призвести до попршення плавносп ходу. Необхщно створювати МРЕ iз властивостями, при яких, у разi керування, збiльшення модуля втрат не супроводжуеться зростанням модуля пружностi.
Проведет експериментальш дослщження дозволили зб№шити модуль втрат у зразках МРЕ лише вдвiчi, однак розрахунковi дослщження показали ба-жанiсть його 5-кратного збшьшення. Виршити дану проблему можливо або шляхом збiльшення кiлькостi керованих шарнiрiв, встановивши !х i на верхшх ва-
желях пiдвiски, або застосувавши шшу технологш виготовлення МРЕ, яка забезпечить п'ятикратне збь льшення модуля втрат пiд дiею магштного поля з ш-дукцiею до 1,5 Тл.
Отримаш значення зб№шення (вiдносно серш-ного ТЗ) модулiв втрат i пружностi та побудоваш швидкiснi характеристики СП дозволяють розробити вимоги до закошв керування характеристиками шар-нiрiв з МРЕ, в залежносп вiд режиму руху (дорезона-нсного, резонансного або зарезонансного) та довжини нерiвностей.
Сформулюемо цi вимоги до закошв керування характеристиками пружних шарнiрiв з МРЕ у СП:
• керування дощльно реалiзувати пльки на резо-нансних швидкостях руху ТЗ;
• здшснювати керування доцшьно виключно модулем втрат МРЕ шарнiрiв важелiв СП;
• зб№шувати модуль втрат рекомендуеться не бь льше, нiж у 5 разiв;
• процеси керування повиннi вщбуватися не довше за 10 с, та мати прийнятш паузи в чай м1ж ними.
Висновки та рекомендации
1. Вперше виготовлено зразки iз магнгтореолопч-них еластомерiв з параметрами, як придатнi для ви-користання у шарнiрах важелiв систем пщресорюван-ня транспортних засобiв.
2. Розроблено орипнальний стенд, на якому досль джено статичнi характеристики жорсткосп та демп-фiрування виготовлених зразшв. Встановлено, що керуюче магнiтне поле у б№шш мiрi впливае на модуль втрат, шж на модуль пружносп. Вперше показано, що iндукцiя В = 0,6 Тл керуючого магштного поля викликае збшьшення коефщента жорсткосп (та модуля пружносп) на 25 %, що викликало зростання частоти власних коливань з 2,5 до 2,7 Гц, (на 8 %). Коефщент демпфiрування при цьому збшьшився на 118 % (з 0,038 до 0,083), тобто в 4,7 рази бшьше за коефщент жорсткосп.
3. У процей динамiчних випробувань на розробле-ному стендi, за допомогою виготовлено! сучасно! вимь рювально! апаратури, вперше виявлено, що при вклю-ченнi керуючого магнiтного поля стала часу вшьних коливань маси на пружних елементах iз магнгтореоло-пчних еластомерiв зменшилася з 1,48 до 0,78 с. Пере-хщний процес практично завершувався за 2,34 с. Ам-плiтуди резонансних коливань маси на пружних елементах iз магнгтореолопчних еластомерiв при вклю-ченш керуючого магнiтного поля В = 0,6 Тл, зменшу-ються вдвiчi за 2,34 с.
4. Розроблено та запатентовано орипнальш конс-трукцп керованого пружного шарнiру з магштореоло-пчних еластомерiв та пристроем для створення керуючого магнiтного поля. Визначено параметри, яш за-безпечили рiвномiрний (в межах 10 %) розподш маг-нiтно! iндукцi! в перерiзах шарнiрiв. Для досягнення магштно! iндукцi! у магнiтореологiчному еластомерi на рiвнi 0,6 Тл, визначено величину магшторушшно! сили (15 кА), обрано щ№нють струму у котушцi пристрою < 10 А/мм2, при термш роботи до 10 с.
5. Сформульовано вимоги щодо закошв керування, яш дозволяють пiдвищити плавшсть ходу транспорт-
них 3aco6ÍB в залежносп вiд швидкосп та довжини нерiвностей бiльше шж на 40 %.
6. Вперше встановлено, що керування модулем втрат шарнiрiв з магнiтореологiчних еластомерiв шд-вiски транспортних засобiв в бшьшш Mipi впливае на ивдвищення плавносп ходу, шж керування ix модулем пружносп.
7. Визначено рацюнальш меж1 вiдносноi змiни мо-дулiв втрат шарнiрiв з магнiтореологiчниx еластомерiв (не бшьше нiж у 5 разiв) при здiйсненнi ix керування; рекомендовано ix використовувати при формулюван-ш вимог до магнiтореологiчниx еластомерiв, та розро-бцi конструкцiй керованих вузлiв систем пiдресорю-вання.
8. За результатами проведених дослщжень на спо-йб керування, конструкцй' шарнiрiв з магнггореолоп-чних еластомерiв та пiдвiску отримано 4 патенти Украiни.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Ginder J.M., Nichols M.E., Elie L.D., Tardiff J.L. Magne-torheological elastomers: properties and applications // Proceeding of SPIE. - 1999. - vol.3675. - pp. 131-138.
2. Lokander M., Stenberg B. Performance of isotropic magnetor-heological rubber materials // Polymer Testing. - 2003. - vol.22. -no.3. - pp. 245-251. doi: 10.1016/s0142-9418(02)00043-0.
3. Jolly M.R., Carlson J.D., Muñoz B.C., Bullions T.A. The magnetoviscoelastic response of elastomer composites consisting of ferrous particles embedded in a polymer matrix // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. - 1996. - vol.7. -no.6. - pp. 613-622. doi: 10.1177/1045389x9600700601.
4. Li W.H., Zhang X.Z., Du H. Magnetorheological elastomers and their applications // Book Chapter in Advanced Structured Materials. - 2013. - vol.I. - pp. 357-374. doi: 10.1007/978-3-642-20925-3_12.
5. Böse H., Röder R. Magnetorheological elastomers with high variability of their mechanical properties // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. - vol.149. - p. 012090. doi: 10.1088/1742-6596/149/1/012090.
6. Горбунов А.И., Михайлов В.П., Степанов Г.В., Борин Д.Ю., Андриянов А.А., Темнов Д.В., Семеренко Д.А. Исследование свойств и новое применение магнитных силиконовых композитов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». - 2008. - №1(70). - С. 90-107.
7. Михайлов В.П., Шаков К.Г., Селиваненко А.С., Бази-ненков А.М. Управление виброизоляцией прецизионного оборудования // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2012. - №9. - С. 1-12. doi: 10.7463/0912.0454475.
8. Chen L., Gong X.L., Li W.H. Microstructures and viscoelas-tic properties of anisotropic magnetorheological elastomers // Smart Materials and Structures. - 2007. - vol.16. - no.6. - pp. 2645-2650. doi: 10.1088/0964-1726/16/6/069.
9. Gong X.L., Chen L., Li J.F. Study of utilizable magnetor-heological elastomers // International Journal of Modern Physics B. - 2007. - vol.21. - no.28n29. - pp. 4875-4882. doi: 10.1142/s0217979207045785.
10. Дущенко В.В., Ма^ев А.О. Дослщження керуючого магштного поля та вибiр конструкцй пружного шарнра з втулкою з магттореолопчного еластомiру шдвюки колюно-го бронетранспортера // Вюник НТУ «ХП1». Серiя: Транспорте машинобудування. - 2017. - №5(1227). - С. 173-178.
11. https://www.google.com/search?q=кривые+намагничиван ия+ферромаraитныx+материалов&rlz=1C2JZAP_ruUA747U A755.
12. Krautz M., Werner D., Schrödner M., Funk A., Jantz A., Popp J., Eckert J., Waske A. Hysteretic behavior of soft mag-
netic elastomer composites // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2017. - vol.426. - pp. 60-63. doi: 10.1016/j.jmmm.2016.11.048.
13. Дущенко В.В., Ма^ев А.О. Удосконалення конструкцй шаршру iз магшгореолопчного еластомiру важеля керова-rai шдвгскн транспортного засобу // Меxанiка та машинобудування. - 2017. - №1. - С. 90-97.
14. Дущенко В.В., Ма^ев А.О. Патент Украши на корисну модель 110476. Шдвюка з регулюванням жорсткостi та демпфiрування. Заявл. 11.04.16; опубл. 10.10.16. Бюл. №19.
15. Ма^ев А.О., Дущенко В.В., Любарський Б.Г., Ма^ев В.Г. Патент Украши на корисну модель 115131. Шдвюка транспортного засобу. Заяв. 22.07.16; опуб. 10.04.17. Бюл. №7.
16. Дущенко В.В., Ма^ев А.О. Стенд для експерименталь-ного дослщження впливу магнiтного поля на модуль пружносп та модуль втрат магшгореолопчних еластомерiв // Вюник НТУ «ХП1». Серiя: Транспортне машинобудування. - 2018. - №29(1305). - С. 46-50.
17. Ма^ев А.О., Дущенко В.В., Ма^ев В.Г. Патент Украши на корисну модель 128767. Стенд для дослщження впливу магштного поля на характеристики жорсткосп, демпфiрування та модуль пружносп магттореолопчних еластомерiв. Заявл. 26.03.2018; опуб. 10.10.2018. Бюл. №19.
18. Kallio M. The elastic and damping properties of magnetorheological elastomers. - VTT Publications, 2005. - 149 pp.
19. Паньков А.А. Магнитодеформационный эффект эластомера с намагниченными полидисперсными сферическими включениями // Журнал радиоэлектроники. - 2015. - №4. -15 с.
20. Дущенко В.В., Ма^ев А.О., Ма^ев В.Г. Патент Украши на корисну модель 128458. Споаб полшшення плавност руху транспортного засобу. Заявл. 20.11.2017; опубл. 25.09.2018. Бюл. №8.
21. Александров Е.Е., Волонцевич Д.О., Дущенко В.В. Математическое моделирование процессов возмущенного движения агрегатов и систем бронетанковой техники. -Харьков: НТУ «ХПИ», 2012. - 354 с.
REFERENCES
1. Ginder J.M., Nichols M.E., Elie L.D., Tardiff J.L. Magnetorheological elastomers: properties and applications. Proceeding of SPIE, 1999, vol.3675, pp. 131-138.
2. Lokander M., Stenberg B. Performance of isotropic magnetor-heological rubber materials. Polymer Testing, 2003, vol.22, no.3, pp. 245-251. doi: 10.1016/s0142-9418(02)00043-0.
3. Jolly M.R., Carlson J.D., Muñoz B.C., Bullions T.A. The magnetoviscoelastic response of elastomer composites consisting of ferrous particles embedded in a polymer matrix. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996, vol.7, no.6, pp. 613-622. doi: 10.1177/1045389x9600700601.
4. Li W.H., Zhang X.Z., Du H. Magnetorheological elastomers and their applications. Book Chapter in Advanced Structured Materials, 2013, vol.I, pp. 357-374. doi: 10.1007/978-3-642-20925-3_12.
5. Böse H., Röder R. Magnetorheological elastomers with high variability of their mechanical properties. Journal of Physics: Conference Series, 2009, vol.149, p. 012090. doi: 10.1088/1742-6596/149/1/012090.
6. Gorbunov A.I., Mikhailov V.P., Stepanov G.V., Borin D.Yu., Adrianov A.A., Temnov D.V., Semerenko D.A. Investigation of properties and new application of magnetic silicon composites. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering, 2008, no.1(70), pp. 90-107. (Rus).
7.Mihailov V.P., Shakov K.G, Selivanonko A.S., Bazinenkov A.M. Vibration isolation control in precision equipment. Science and Education of the Bauman MSTU, 2012, vol.12, no.9, pp. 112. (Rus). doi: 10.7463/0912.0454475.
8. Chen L., Gong X.L., Li W.H. Microstructures and viscoelas-tic properties of anisotropic magnetorheological elastomers. Smart Materials and Structures, 2007, vol.16, no.6, pp. 26452650. doi: 10.1088/0964-1726/16/6/069.
9. Gong X.L., Chen L., Li J.F. Study of utilizable magnetorheological elastomers. International Journal of Modern Physics B, 2007, vol.21, no.28n29, pp. 4875-4882. doi: 10.1142/s0217979207045785.
10. Duschenko V.V., Masliev A.O. Research of the magnetic field and the choice of the construction of an elastic joint with the sleeve of the magnetorheological elastomer suspension of wheeled armored vehicle. Bulletin of NTU «KhPI». Series: Transport machine building. - 2017. - no.5(1227). - pp. 173178. (Ukr).
11. Available at: https://www. google.com/search?q=KpHBLie+HaMamHHHBaHHg+ $eppoMamHTHBix+MarepHaroB&rlz=1C2JZAP ruUA747UA75 5 (accessed 20 May 2018).
12. Krautz M., Werner D., Schrodner M., Funk A., Jantz A., Popp J., Eckert J., Waske A. Hysteretic behavior of soft magnetic elastomer composites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2017, vol.426, pp. 60-63. doi: 10.1016/j.jmmm.2016.11.048.
13. Dushhenko V.V, Masliev A.O. Improvement of the construction of hinge using magnetorheological elastomers of lever of controled suspension of the vehicle. Mechanics and mechanical engineering, 2017, no.1, pp. 90-97. (Ukr).
14. Dushhenko V.V, Masliev A.O. Pidviska z regulyuvannyam zhorstkosti ta dempfiruvannya [Suspension with adjustable stiffness and damping]. Patent UA, no.110476, 2016. (Ukr).
15. Masliev A.O., Dushhenko V.V., Ljubarskij B.G., Masliev V.G. Pidviska transportnogo zasobu [Vehicle suspension]. Patent UA, no.115131, 2017. (Ukr).
16. Duschenko V.V., Masliev A.O. Stand for experimental study of the effect of magnetic field on the elastic modulus and a module of losses of magnetorheological elastomers. Bulletin of NTU «KhPI». Series: Transport machine building, 2018, no.29(1305), pp. 46-50. (Ukr).
17. Masliev A.O., Dushhenko V.V., Masliev V.G. Stend dlia doslidzhennia vplyvu mahnitnoho polia na kharakterystyky zhorstkosti, dempfiruvannia ta modul pruzhnosti mahnitoreolo-hichnykh elastomeriv [A stand for studying the influence of a magnetic field on the characteristics of stiffness, damping, and the elastic modulus of magnetorheological elastomers]. Patent UA, no.128767, 2018. (Ukr).
18. Kallio M. The elastic and damping properties of magnetorheological elastomers. VTT Publications, 2005. 149 pp.
19. Pankov A.A. Magnetodeformation effect of an elastomer with magnetized polydisperse spherical inclusions. Journal of Radio Electronics, 2015, no.4, 15 p. (Rus).
20. Dushhenko V.V., Masliev A.O., Masliev V.G. Sposibpolip-shennia plavnosti rukhu transportnoho zasobu [A method for improving the smoothness of the vehicle]. Patent UA, no.128458, 2018. (Ukr).
21. Aleksandrov E.E., Volontsevich D.O., Dushhenko V.V. Matematicheskoe modelirovanie processov vozmushhennogo dvizhenija agregatov i sistem bronetankovoj tehniki [Mathematical modeling of processes of disturbed movement of units and systems of armored vehicles]. Kharkiv, «KhPI» Publ., 2012. 354 p. (Rus).
Hadiuwrn (received) 11.04.2019
Дущенко Владислав Васильович1, д.т.н., проф., Marniee В'ячеслав Георгтович1, д.т.н., проф., Натвський Роман Антонович2 к.т.н., ст. викл., MarnieeАнтон Олеговичастрант,
1 Нацюнальний техшчний ушверситет «Харювський полггехтчний шститут», 61002, Харюв, вул. Кирпичова, 2, тел/phone +380 57 7076355,
e-mail: dushchenko@ukr.net
2 Нацюнальна академiя сухопутних вшськ iMem гетьмана Петра Сагайдачного, 79026, Львш, вул. Геро!в Майдану, 32, тел/phone +380 96 9409559,
e-mail: roman_nani@ukr.net
V.V. Dushchenko1, V.G. Masliev1, R.A. Nanivskyi2, A.O. Masliev1
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy, 32, Heroes of Maidan Str., Lviv, 79026, Ukraine. Application of magnetorheological elastomers for performance control of cushioning systems for wheeled vehicles.
The purpose The aim of the work is to study the influence of the control of the elastic and damping characteristics of the cushioning system based on the use of magnetorheological elastomers on the smoothness of the course of wheeled transport vehicles. The technique. The research used the methods of: magnetic field theory, the theory of vehicle suspension, experiment theory planning, and the FEMM code for studying magnetic field characteristics and mathematical modeling of wheeled vehicle movement along roughness in the Delphi environment. Results. Designed, researched and patented designs of elastic hinges of the suspension arms with magnetorheological elastomers. The relative boundaries of changes in the elastic modules and losses of these hinges are determined when controlling the characteristics of the suspension in order to improve the smoothness of the wheeled vehicle. Scientific novelty. For the first time, the feasibility of using magnetorheological elastomers to control the elastic and damping characteristics of the cushioning system of wheeled vehicles has been investigated, and the requirements for control laws have been determined, which make it possible to increase smoothness by more than 40 %; it is established that the control of the loss modulus has a greater effect on the improvement of smoothness of motion than the control of the elastic modulus. Practical value. The design has been developed and the relative boundaries of changes in the modules of elasticity and loss of hinges with magnetorheological elastomers during their control have been determined, which will make it possible to formulate requirements for elastomers when developing promising hinge designs for vehicle suspension systems. References 21, figures 18.
Key words: magnetorheological elastomer, control magnetic field, modulus of elasticity, loss modulus, wheeled vehicle, cushioning system, elastic hinges, suspension performance control.
