close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Математическая модель активной виброизоляционной опоры с гидравлическим инерционным преобразователем..pdf

код для вставкиСкачать
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
4. Розенблит, Ю. А. Влияние смазочных масел на долговечность и надежность деталей машин / Ю. А. Розенблит. – М. :
Машиностроение, 1970. – 314 с.
ШИРЛИН Иван Иванович, кандидат технических
наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии
(СибАДИ).
КОЛУНИН Александр Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели
и автотракторное электрооборудование» СибАДИ.
ГЕЛЬВЕР Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и химия»
Омского государственного университета путей сообщения.
ИВАННИКОВ Алексей Алексеевич, начальник
кафедры ремонта бронетанковой и автомобильной
техники Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения.
УДК 62–567.2:519.8
НЕЧАЕВ Виталий Викторович, кандидат технических наук, профессор кафедры ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала
Военной академии материально-технического обеспечения.
ГЕДЗЬ Андрей Джонович, кандидат технических
наук, заместитель начальника кафедры ремонта
бронетанковой и автомобильной техники Омского
филиала Военной академии материально-технического обеспечения.
КУЗНЕЦОВ Николай Александрович, старший
преподаватель кафедры ремонта бронетанковой и
автомобильной техники Омского филиала Военной
академии материально-технического обеспечения.
Адрес для переписки: kolunin2003@mail.ru
Статья поступила в редакцию 11.06.2013 г.
© И. И. Ширлин, А. В. Колунин, С. А. Гельвер,
А. А. Иванников, В. В. Нечаев, А. Д. Гедзь, Н. А. Кузнецов
Ю. Ф. ГАЛУЗА
Омский государственный
технический университет
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
АКТИВНОЙ ВИБРОИЗОЛЯЦИОННОЙ
ОПОРЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ
ИНЕРЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Рассматривается математическая модель активной виброизоляционной опоры, состоящей из параллельно соединенных пневматического амортизатора и гидравлического инерционного преобразователя движения с активным управлением на
базе резинокордной оболочки.
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Ключевые слова: гидравлический инерционный преобразователь движения, резинокордная оболочка, активное управление, коэффициент передачи усилия.
144
В настоящее время, в связи с ужесточением требований по виброизоляции, активные гидравлические виброопоры с гидравлическим инерционным
трансформатором (ГИТ) являются перспективным
направлением в системах виброизоляции [1]. Такие
системы позволяют эффективно гасить вибрации
в широких диапазонах за счёт того, что они могут
автоматически подстраиваться под рабочий режим
силовых агрегатов, что позволяет улучшить их эксплуатационные характеристики. Использование в
одном конструктиве ГИТ с активным управлением
на базе резинокордной оболочки (РКО), заполненной жидкостью, параллельно с упругим элементом
(резинометаллическим и пневматическим) может
значительно улучшить виброизоляционные свойства гидравлической опоры. В этом случае имеется
возможность изменения в широких пределах характеристик инерционных трубок в ГИТ благодаря
большому объёму РКО, кроме того, сохраняются достоинства освоенных промышленностью, надёжных
и долговечных упругих элементов и РКО.
В качестве примера на рис. 1 приведена принципиальная схема виброизоляционной опоры. Виброи-
золяционная опора состоит из виброизолятора типа
АПС и ГИТ на базе РКО рукавного типа с активным
электромагнитным силовым приводом, который
управляется системой автоматического управления
(САУ).
Принцип действия опоры, показанный на рис. 1,
заключается в том, при действии на опору периодического усилия резинометаллический элемент
(АПС) будет деформироваться и создавать упругую
силу, а в ГИТ жидкость в инерционных трубках будет совершать возвратно-поступательное движение.
Кроме того, в ГИТ имеется электромагнитный силовой привод [2], который создает дополнительное
усилие, зависящее от величины вибраций, возникающих в результате действия внешней нагрузки.
Мембрана 4 (рис. 1) служит для компенсации
объёма вытесняемой жидкости при перемещении
опорной поверхности 1 по отношению к основанию 6. Жидкость в отверстиях блока инерционных
трубок будет иметь скорость большую, чем скорость
опорной поверхности, на величину, равную отношению площади условного поршня (в первом приближении эквивалентная площадь сечения РКО) к
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
Рис. 1. Принципиальная схема опоры:
1 — опорная поверхность; 2 — резинокордная оболочка рукавного типа;
3 — инерционные трубки; 4 — мембрана; 5 — виброизолятор АПС;
6 — основание; F(t) — усилие, действующее на опору со стороны виброактивного элемента; 7 — пружина; 8 — актуатор; 9 — акселерометры; 10 — электромагниты
Рис. 2. Принципиальная схема разделения упругой и инерционной составляющей: C(x) — суммарная нелинейная жесткость резинометаллической опоры и
резинокордной составляющей в ГИТ; C1 — коэффициент жесткости пружины
в приводе; b — коэффициент вязкого трения в АПС; b1 — коэффициент вязкого трения в приводе; m0 — масса вывешиваемого тела; D1 и D2 — диаметры
условный поршней; d — диаметр инерционной трубки; Dм и Cм — эквивалентные диаметр невесомого поршня и коэффициент жесткости мембраны;
P1 и P2 — давления в соответствующих полостях опоры;
F(t) — усилие, действующее на опору со стороны виброактивного элемента;
F1 — усилие, создаваемое электромагнитным приводом
инерционную, связанную с гидравлическим преобразователем движения.
Принципиальная схема раздельного представления упругой и инерционной составляющей показана на рис. 2.
Будем полагать, что диаметр d достаточно большой (d~10 мм), а специальных дросселирующих отверстий ГИТ не имеет. В этом случае демпфирование в опоре будет определяться коэффициентом b,
а систему уравнений, описывающих поведение опоры, можно представить в виде [3]:
(1)
где
;
;
;
;
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
площади сечения инерционной трубки. Вследствие
этого на вывешиваемый на опоре силовой агрегат и
основание будет действовать дополнительная инерционная нагрузка с приведенной массой, на 2–3
порядка превышающей массу жидкости в инерционных трубках. Динамический эффект от этой
инерционной нагрузки будет заключаться, как это
показано в [3], в значительном снижении передачи
вибрационного усилия на основание в узкой области частот настройки виброопоры с ГИТ. Электромагнитный привод управляется САУ, которая формирует управляющий сигнал по сигналам, поступающим с акселерометров 9. Управляющий сигнал с
САУ вызывает изменение электромагнитного поля,
создаваемого электромагнитами 10, вследствие чего
актуатор 8 под действием электромагнитного поля
перемещается вертикально, тем самым создавая
усилие.
Для составления математической модели гидравлической виброопоры целесообразно, как это
сделано в [3], разделить упругую составляющую и
145
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
Рис. 3. Зависимость KП(z) для значений
Рис. 4. Зависимость KП(z) для значений
α=1; ν=0,01 и n=1/16: 1 — при k=108; 2 — при k=0
;
;
;
;
α=0,8; ν=0,01 и n=1/16: 1 — при k=0,3; 2 — при k=0,5;
3 — при k=0,8
mж=Sдрρl — масса жидкости в инерционной трубке; ρ — плотность жидкости; m — масса жидкости в
РКО; µ — динамическая вязкость жидкости; l — длина инерционной трубки.
Исследуем влияние на динамику гидроопоры
силы, создаваемой упругим элементом с жесткостью C1, без управления, т.е. F1=0 и с допущением
что сила, создаваемая упругим элементом с жесткостью C, линейно зависит от перемещения x, а жесткость мембраны Cм=0 ввиду Cм<<C. Также для оценочных расчетов пренебрежем приведённым демпфированием: b/пр=0 и b//пр=0.
С учётом приведённых выше условий и допущений применим к системе уравнений (1) преобразование Лапласа и решим преобразованную систему
относительно возбуждающей силы:
(2)
,
где α=B/A; i — мнимая единица; ω — частота воздействия силы.
Для примера можно принять параметры инерционной трубки в РКО И-09, для которой dтр=12 мм,
l=50 мм, при этом D=100 мм. В этом случае отношение A2/Sтр2=4,8∙103, что при массе жидкости (вода)
в одной трубке 5,65∙10–3 кг даёт величину приведённой массы m/пр=24,5 кг.
Принимая во внимание, что m/пр/m//пр=A2/B2 а
значит, m//пр=α2m/пр, из выражения (5) получим модуль коэффициента передачи:
→
→
где
;
;
; h=b/(2m0).
Переходя к безразмерному виду с помощью преобразований:
, z=ω/ω0, ν=h/ω0, k=ω01/ω1
после преобразования выражения (6) получим:
где p — переменная преобразования Лапласа.
Реактивная сила R, передающаяся на основание,
будет определяться по следующей формуле:
С учётом выражений (1) и (3) и пользуясь допущениями, получим изображение силы реакции опоры:
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Комплексный коэффициент передачи усилия
KП(iω) будет иметь вид:
→
,
→
.
(7)
(4)
.
→
→
(3)
.
146
(6)
,
(5)
Представляет интерес исследовать поведение
опоры в зависимости от величины жесткости, т.е.
от k=ω01/ω1, который зависит только от соотношения жёсткостей следующим образом:
. На
рис. 3 приведены графики коэффициента передачи
для значений α=1, ν=0,01 и n=1/16, т.е. при равенстве площадей A=B, при малом демпфировании и
при условии, что приведённая масса m/пр меньше вывешиваемой массы m0 в 16 раз.
На рис. 4 приведены результаты вычислений для
разных значений C1.
Библиографический список
1. Фомичев, П. А. Виброизоляция судовых энергетических
установок электропневмогидравлическими опорами : авто-
УДК 621.6.05:624.139
реф. … дис. д-ра техн. наук / П. А. Фомичев. – Новосибирск :
НГАФТ, 2010. – 40 с.
2. United States Patent № 0017420. Jan. 27, 2005. Actuator
drive control device for active vibration isolation support system,
and method of using same // Hirotomi Nemoto et al. Cl. F 16
F 5/00.
3. Системы виброзащиты с использованием инерционности и диссипации реологических сред / Б. А. Гордеев
[и др.]. – М. : ФизМатЛит, 2004. – 176 с.
4. Расчетно-экспериментальные методы проектирования
сложных резинокордных конструкций / И. А. Трибельский
[и др.]. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. – 240 с.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
Анализ выражения (7) показал, что при большой
жёсткости C1>>C коэффициент передачи имеет
вид, характерный для обычной гидроопоры [3], а при
отсутствии жёсткости C1=0 эффект действия ГИТ
исчезает и поршень с площадью B в этом случае действует как компенсирующая камера. Увеличение
жёсткости C1 приводит к уменьшению величины коэффициента передачи усилия KП, но увеличивается
частота настройки, т.е. улучшается виброизоляция.
На практике при выборе жесткости дополнительной пружины в приводе должен учитываться режим
вибрационного режима работы силового агрегата и
требование по виброизоляции.
Предложенный в работе подход к оценке влияния жесткости упругого элемента в приводе виброизоляционной опоры с ГИТ в зависимости от
отношения k=ω01/ω1 позволит осуществлять проектирование такого типа опор с учетом требований
как по частоте настройки, так и по характеристикам
упругих элементов и гидравлического инерционного трансформатора.
ГАЛУЗА Юрий Ф¸дорович, аспирант кафедры
«Основы теории механики и автоматического управления».
Адрес для переписки: yourchello@mail.ru
Статья поступила в редакцию 09.09.2013 г.
© Ю. Ф. Галуза
М. В. КУЧЕРЕНКО
М. А. ГУДУН
Омский государственный
технический университет
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Произведен расчет термической устойчивости искусственных сооружений. В расчетах изменяются высота насыпи, коэффициент температуропроводности и исходные значения температуры. Исходные данные представлены двумя сериями: для
периодов промерзания и для оттаивания. Показано, что бо́льшим значением коэффициента тепловой устойчивости, а значит, и бо́льшей термической устойчивостью
обладают невысокие земляные насыпи.
Ключевые слова: массив мерзлого грунта, термическая устойчивость, искусственные сооружения.
ные фазы вещества. Трудность нахождения аналитического решения температурной задачи состоит
в том, что условие Стефана на границе сопряжения
мерзлой и талой области относит ее к классу нелинейных краевых задач для параболических уравнений с разрывными коэффициентами на неизвестных подвижных границах. Аналитическое решение
данной задачи может быть получено лишь для одномерных задач в полупространстве с постоянными
граничными и начальными условиями.
В задачах, исследующих процессы теплообмена,
как правило, известными предполагаются следующие параметры [3]:
— температура воздуха, скорость ветра, мощность и плотность снежного покрова (климатические параметры);
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Прогноз возможного состояния, деформаций
и показателей водно-теплового режима дорожных
конструкций требует выполнения теплотехнических расчетов промерзания и оттаивания грунта.
Направленное регулирование водно-теплового режима дорожных конструкций позволяет добиться
сезонной стабильность деформационных и прочностных характеристик грунтов в зависимости от
температуры и влажности и является одним из наиболее эффективных путей обеспечения прочности и
долговечности искусственных сооружений [1].
Математическое описание теплового режима
при промерзании — оттаивании строится на основе
задачи Стефана и ее обобщений [2]. Характерной
особенностью таких задач является наличие неизвестных подвижных границ, разделяющих различ-
147
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа