Разработка метода расчёта и конструкции магнитореологических трансфоматоров гидроопор
Тема диссертационной работы «Разработка метода расчёта и конструкции магнитореологических трансформаторов гидроопор» продиктована актуальностью проблемы снижения уровней вибрации и шума транспортных средств и стационарных энергетических: установок. Постоянное повышение скоростей движения и мощностей силовых установок приводит к возрастанию уровней и расширению вибрационного спектра колебаний… Читать ещё >
Разработка метода расчёта и конструкции магнитореологических трансфоматоров гидроопор (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание
- ГЛАВА 1. КОНЦЕПЦИЯ ПЕРЕСТРОЙКИ ГИДРООПОР НА ЗАДАННЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКОВ
- 1. 1- Гидроопоры как современные средства, виброзащиты машин и силовых агрегатов
- 1. 1. 1. Интегральные гидроопоры в частотной области
- 1. 1. 2. Расчёт гидравлических инерционных виброизоляторов на основе теории четырехполюсников
- 1. 1. 3. От технических требований к передаточным функциям*
- 1. 1. 4. Полюса и нули передаточной функции гидроопоры
- 1. 1. 5. Идеальная амплитудно-частотная характеристика гидроопоры
- 1. 2. Построение физической модели, гидравлической виброопоры по результатам эксперимента
- 1. 2. Л. Дифференциальное уравнение состояния гидроопоры
- 1. 2. 2. Преобразование Лапласа. Передаточная функция Т (б) гидроопоры
- 1. 3. Модель.гидроопоры в частотной области
- 1. 3. 1. Расчет коэффициентовшолиномов функций. Т (Б) гидроопор ОГ
- 1. 3. 2. Расчёт приведённой массы и обобщённого гидравлического коэффициента трения инерционных трансформаторов гидроопор
- 1. 3. 3. Нормировка полиномов У^) и Х (з) функции-Т (з)
- 1. 3. 4. Расчёт полюсов и нулей передаточных функций гидроопор
- 1. 1- Гидроопоры как современные средства, виброзащиты машин и силовых агрегатов
- 1. 3. 5. Частотные динамические показатели качества гидроопор
- 1. 3. 6. Определение динамических резонансов гидроопоры ОГ
- 1. 3. 7. Анализ зависимостей динамической податливости гидроопор
- 1. 3. 8. Корневые годографы гидроопор 0Г
- 1. 3. 9. Оценка распределения полюсов передаточной функции гидроопоры и их связь с показателями качества
- 1. 4. Концепция перестройки гидроопор на заданные резонансные частоты
- 1. 4. 1. Необходимость в разработке концепции перестройки гидроопор
- 1. 4. 2. Построение информационной модели гидроопоры
- 1. 4. 3. Оптимальное управление гидроопорой с МРТ
- 1. 4. 4. Поиск экстремума показателя динамического резонанса гидроопоры
- ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКЦИЯ МАТНИТОЕЕОЛОГИЧЕСКИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ГИДРООПОР
- 2. 1. 1. Установление характера течения МРЖ в дроссельных каналах МРТ гидроопоры при действии инерционной нагрузки
- 2. 1. 2. Проводящие движущиеся среды в электромагнитном поле МРТ
- 2. 1. 3. Плотность потока электромагнитной энергии для случая проводящей жидкости в магнитном поле МРТ
- 2. 1. 4. Магнитовязкий эффект электропроводных жидкостей гидроопор
- 2. 1. 5. Магнитное давление
- 2. 2. 1. Классификация магнитореологических трансформаторов
- 2. 2. 2. Симметричные кольцевые МЕТ перестраиваемых^гидроопор
- 2. 2. 4. Основные элементы конструкции индукционных МРТ
- 2. 2. 5. Особенности работы магнитореологических гидроопор
- 3. 1. Особенности применения дорогостоящих ферритовых элементов в
- 3. 1. 1. Общие состояние проблемы
- 3. 1. 2. Процессы намагничивания и размагничивания в ферромагнетиках
- 3. 1. 3. Понятие глубины проникновения электромагнитной волны в проводящей среде
- 3. 1. 4. Оценка глубины проникновения электромагнитной волны в поверхностный слой ферромагнитного сердечника ВЭ
- 3. 2. Расчёт магнитной цепи индукционного МРТ гидроопоры
- 3. 2. 1. Постановка задачи к расчету магнитной цепи МРТ
- 3. 2. 2. Расчетная эквивалентная схема магнитной цепи кольцевого МРТ
- 3. 2. 3. Упрощённая схема возбуждения двух дроссельных каналов
- 3. 2. 4. Отношение управляющих параметров перестройки UK//B
- 3. 3. Расчет параметров возбуяедающего электромагнита при заполненных магнитной жидкостью дроссельных каналах и при воздействии на гидроопору внешней силы
- 3. 3. 1. Упрощённый расчет параметров ВЭ МРТ гидропоры с МЖ
- 3. 3. 2. Основной вклад при работе МРТ вносит намагниченность МЖ
- 3. 4. Совместное возбуждение и размагничивание ферромагнитных-элементов индукционного МРТ при перестройке его по частоте
- 3. 4. 1. Выбор управляющих параметров возбуждающих электромагнитов
- 3. 4. 2. Расширение диапазона перестройки МРТ гидроопоры за счёт запаса ^ на напряжённость магнитного поля в зазорах ВЭ^
- 315. Создание рабочего режима намагничивания индукционного «МРТ
- 3. 5. 1. Выбор рабочего режима возбуждающих электромагнитов, индукционного МРТ.150'
- 3. 5. 2. Амплитудно — частотные характеристики блока возбуждения МРТ
- 3. 5. 3. Блок возбуждения МРТ с формирователем двухполярных импульсов
- 3. 5. 4. Принципиальная схема формирования модулирующих импульсов размагничивания
- 3. 5. 5. Принципиальная схема и диаграммы напряжений в схеме формирователя модулирующих импульсов
- 3. 5. 6. Перестройка по частоте МРТ методом „Включено — Выключено“
- 3. 7. Выводы по ГЛАВЕ 3
- 4. 1. Реологические среды с магнитными наночастицами в МРТ
- 4. 1. 1. Применение магнитореологических сред с наночастицами в МРТ
- 4. 1. 2. » Общие сведения о магнитных жидкостях
- 4. 1. 3. Размерные эффекты в магнитных наночастицах МЖ
- 4. 2. 1. Структуры магнитных межкластерных связей в магнитном поле
- 4. 2. 2. Ценочечно — ленточная модель МЖ в дроссельном канале МРТ
- 4. 2. 3. Изменение концентрации и структуры ленточных молекулярных магнитных кластеров
- 4. 214. «Кластерные мембраны» магнитных наночастиц — гигантских исевдомолекул МЖ в индукционном дроссельном канале МЕТ
- 4. 3- Влияние наноструктур в МЖ на быстродействие МРТ гидроопор
- 4. 3−1. Необходимость знания влияния наночаспщ на быстродействие МРТ
- 4. 3. 2. Остаточная намагниченность наночастиц магнитной жидкости
- 4. 3. 3. Появлениеаномальной магнитнойвязкостиМЖпослевоздействия постоянного внешнего магнитного поля
- 4. 3. 4. , Ликвидации аномальноймагнитнойвязкостиМЖвМРТ
- 4. 3. 5. Требования^кшеремагничиванию/релаксации наночастиц МЖ
- 4. 4. Выводы, но ГЛАВЕ 4 -. 1.- v
- 5. 1. Установка для измерения средней скорости. Vcp МРЖ
- 5. 2. Динамика протекания магнитореологической- жидкости в дроссельных каналах при. дёйствии'внешних:магнитныхш0лей
- 5. 2. 2. Деформация в зазоре возбуждающего электромагнита дроссельного канала из диэлектрической полихлорвиниловой трубки.,
- 5. 2. 3. Установочные исходные: данные проведения эксперимента с МРЖ
- 5. 2. 4. Проведение эксперимента по измерению средней скорости МРЖ
- 5. 2. 5. Результаты эксперимента по измерению средней скорости МРЖ
- 5. 2. 6. Подтверждение возникновения аномальной магнитной вязкости МЖ
Актуальность работы.
Тема диссертационной работы «Разработка метода расчёта и конструкции магнитореологических трансформаторов гидроопор» продиктована актуальностью проблемы снижения уровней вибрации и шума транспортных средств и стационарных энергетических: установок. Постоянное повышение скоростей движения и мощностей силовых установок приводит к возрастанию уровней и расширению вибрационного спектра колебаний, действующих на конструкцию, что обуславливает необходимость совершенствования виброзащитных систем и внедрение новых технических решений без снижения, жесткости опор в заданной частотной области.
Применяемые в промышленности резинометаллические опоры, демпфирующие вибрацию двигателя, имеют резонансный характер амплитудно — частотной характеристики- (АЧХ) — малое время релаксацииснижение демпфирующих свойствпри длительнойработе опоры: (теплоотвод от резиновой основы незначителен). В результате опора теряет со временем демпфирующие свойства. В настоящее время актуальной является задача разработки нового поколениявиброопорработа которых основана на иных физических принципах. Наиболееперспективнымв настоящее время направлением является разработка гидроопор с магнитореологическим трансформатором (МЕТ). В них диссипация энергии колебанийдвигателя происходит в средах, с мапштореологическими жидкостями (МРЖ) и электрореологическими жидкостями (ЭРЖ), а теплоотвод в основном, обеспечивается металлическим корпусом.
Цель и задачи работы.
Целями и задачами диссертационной работы являются — создание эффективных средств гашения вибрации и шума. Работа средств гашения вибрации основана на диссипации энергии колебаний в средах с мапштореологическими свойствами. При этом решались следующие исследовательские и технические задачи.
Исследовательские задачи: a) — исследование качественных динамических показателей гидроопор по экспериментальным зависимостям их АЧХ. и динамическим характеристикам, полученным через передаточные функции гидроопор-: b) — Установление характера течения МРЖ и ЭРЖ в дроссельных каналах МРТ гидроопоры при действии инерционной нагрузки. c) — исследование свойств МРЖ и магнитных жидкостей (МЖ) — исследование свойств и течения МЖ в проходном? одиночном дроссельном канале в зависимости от направления' и напряженности внешнего электромагнитного ПОЛЯ-, .
Технические задачи: a) — разработка конструкции, перестраиваемых гидроопор на основе кольцевого индукционного МРТ и поглощения: энергии в магнитных жидких и вязкоупругих средах дляхоздания средств: гашения вибрации, и шумаb) — разработка блокауправленияМРТ внешним электромагнитным полем при изменении динамических характеристик входного вибросигнала с цифровым коммутатором схем источников намагничивающего тока, возбуждающих электромагнитов (ВЭ)иих концепцияуправлениявМРТc) — — разработка экспериментальной? установкипо измерению средней" скорости течения-МРЖ в дроссельном’канале от напряженности Н постоянного магнитного поля дляшодтверждения возникновения гистерезисных эффектов-: d) — разработка экспериментальной установки по измерению скорости и времени релаксации МЖ от величины магнитной: индукции В постоянного магнитного поля* для подтверждения возникновения аномальной магнитной вязкости МЖ в индукционном дроссельном канале. '.
Научнаяшовизна работы—.
Новыми являютсяследз^ощие результаты работы: .
— Разработан^ метод расчета1 гидроопор1 приих проектировании, по заданным требованиям на АЧХ на основе теории четырехполюсников. Построена физическая? модель гидроопоры. Установлен вид её передаточной функции. Определены через нули и полюса передаточной функции АЧХ, динамические податливость и резонансы гидроопоры. Разработана концепция перестройки гидроопоры на заданные частоты;
— Осуществлено построение информационной модели гидроопоры, даны общие сведения о системе с поиском экстремума показателей качества гидроопоры с МРТ и оптимальном управлении МРТ с применением микро-ЭВМ в системах автоматического регулирования (САР) гидроопррами.
— Подтверждён расчётом, и экспериментально, установлен характер течения МРЖ и ЭРЖ — турбулентное течение в дроссельных каналах МРТ гидроопоры при действии инерционной нагрузки.
— Рассмотрены физические основы действия и разработана конструкция МРТ гидроопор на основе кольцевого МРТ с элементами адаптивной настройки и электромеханического преобразования, установлена связь характеристик МРТ с их основными: параметрами: индукционными дроссельными каналами перегородки, расстоянием между осями полюсов ВЭ> характеристиками ферромагнитных материалов. Предложены методы расчета магнитной цепи многополюсного МРТ гидроопоры. .
— Разработана концепция блока управления' внешним электромагнитным полем при изменении динамических характеристик вибросигнала с цифровым коммутатором схем источников намагничивающего тока ВЭ.1.
— Установлено, что для виброгашения ударных нагрузок наиболее оптимально подходит применение МРЖ с доменами в несколько нанометров. Показаны модели образования «кластерных мембран» наночастиц МЖ в индукциониых дроссельных каналах.
— Разработаны экспериментальные установки по измерению средней скорости течения, скорости релаксации и времени релаксации МРЖ в индукционном дроссельном канале от величины напряженности И и магнитной индукции В внешнего постоянного магнитного поля.
— Получены экспериментальные зависимости скорости течения, скорости релаксации и времени релаксации от напряженности Н и индукции В внешнего магнитного поля для индукционного дроссельного канала, предложены пути ликвидации аномальной вязкости МЖ в дроссельных каналах МРТ гидроопоры.
Практическая ценность работыПроведенные исследования позволяют разрабатывать новое поколение гидроопор с МРЖ и МЖ с широким частотным и динамическим диапазоном с осуществлением обратной связи, дающей проводить настройку гидроопор с МРТ. Практическая ценность работы обусловлена её перспективной направленностью на создание современных эффективных средстввиброзащиты.
Результаты диссертации бьши полученьгпри вьтолнении работ по:
— Плану основных заданий НФ ИМАШ РАН 2004;2008 г. г. по теме- «Волны деформации в структурно-неоднородных материалах и элементах конструкций» (научные руководители, профессора Ерофеев В. И., ПотаповА.И., Гордеев Ъ.А.);
— Гранту РФФИ: «Теоретическое и экспериментальное исследование волновых процессов в подземных сооружениях и методы их. подавления на путях распространения в окружающую среду» (2004;2007 г., № 05−01−4 406-а);
— Гранту РФФИ: «Системы виброизоляции с внутренними инердионно-демфирующими элементами для защиты операторов мобильных машин и инженерных сооружений рельсового и дорожного транспорта!1 Теория. Эксперимент. Компьютерное моделирование» (2007;2010 г. г.,№ 08−08−97 057-Р). — Гранту РФФИ: «Нелинейнаяволновая динамика, и устойчивость роторных систем» (20 Г 1 т., № 11−08−97 066-РПоволжье).
Методы исследования;
Теоретические исследованиявыполнены на основе теорий: четырёхполюсников, гидродинамики, электромагнитного поля, магнитогидродинамики и методов расчета электромагнитных систем. Теоретические исследования подтверждены экспериментами!- с использованием экспериментальных стендов, установок и компьютеров и метрологически обеспечены и проводены на базе лаборатории «Виброзащиты машин» Нф ИМАШ Института машиноведения имA.A. Благонравова РАН. Ряд экспериментальных данных получены на предприятиях ООО «Триботехника», ООО ."Виброзащита".
Достоверность Полученные результаты и выводы согласуются с положениями механики сплошных сред, теории электромагнитного поля, магнитогидродинамики, и совпадением экспериментальных результатов с теоретическими расчетами.
Научные положения выносимые на защиту:
• Метод расчёта динамических характеристик гидроопор при их настройке на заданные частоты на основе теории работы режекторного фильтра.
• Применение теории четырёхполюсников. В качестве модели использована модель режекторного фильтра с заданной передаточной функцией.
• Метод перестройки гидроопор на заданные частоты вибросигнала путём управления потоком магнитной жидкости внешним магнитным полем.
• Предложение по активному управлению МРТ гидроопоры с замкнутой системой автоматического регулирования с применением микро-ЭВМ.
• Расчёт характера течения МРЖ в дроссельных каналах МРТ (турбулентное течение) при действии инерционной нагрузки. Экспериментально установлено отрицательное действие кавитации (снижение демпфирующих свойств на 4 дБ, при объёме газовых пузырьков до 1 см).
• Построение МРТ с его магнитной системы для сильных (Bs = 2 Тл) полей ВЭ с железным ярмом. Решена задача управления МРТ с МЖ (Fe304) при Н8 = 140−103 А/м и М (Н) = 446-Ю3 А/м с минимальной остаточной индукцией I сердечников при изменении динамических характеристик вибросигнала.
• Решение сложной технической задачи — создание режима намагничивания/размагничивания' сердечников. ВЭ МРТ, при изменяющемся синфазно управляющем магнитном поле с изменением частоты вибросигнала.
• Выявление свойств МЖ в магнитном поле (Fe304 -Н = 80−103 А/м и М (Н) = 446-Ю3 А/м, Т = 298 К), и влияние размера частиц МЖ на работу МРТ.
• Экспериментальные данные измерения скорости течения МРЖ в дроссельном канале (0,01-Ю, 00 м/с) при атмосферном давлении в собственном поле тяжести и от Н = 0 кА/м до Н = 142кА/м, и сопоставление их с расчетами.
• Экспериментальные данные измерения скорости и времени релаксации МЖ от постоянной магнитной индукции от В = 0,6 Тл до В = 1,2 Тл, подтверждающие возникновение аномальной магнитной вязкости в индукционном дроссельном канале.
Внедрение результатов работы:
Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, НФ ИМАШ РАН, GOO «Триботехника», ООО «Виброзащита».
Апробация работы;
Основные результаты диссертации опубликованы в 20 печатных работах, из них 5 тезисов докладов на международных и российских конференциях. По результатам исследований разработаны модели конструкций гидроопор с МРТ, позволяющие разрабатывать новое поколение гидроопор с МРЖ и МЖ.
Личный вклад соискателя:
В совместных работах научному руководителю принадлежит постановка задачи и идея расчёта динамических характеристик гидроопор на основе теории четырёхполюсников и работы режекторного фильтра доя целей настройки' гидроопор на заданные частоты вибросигналов. Лично автором предложены: расчёт, динамических ха]рактеристйк гидроопорычерез нули и полюса её передаточной функциипостроение физической модели гидроопоры с МРТ с САРконструкцийи гидроопор с МРТпроведён расчёт электромагнитной системы МРТразработана концепция построения блока управления МРТ.
Под непосредственным руководством соискателя с аспирантами Г1.Н. Морозовым и А. Н. Осмехиным разработаны: все экспериментальные установки и проведены все экспериментальные работы и исследования, обработка-результатов измерений и сравнение их с теоретическими расчетами. Основные положения и выводы диссертационной работы сформулированы лично автором. Вклад соискателя в проведённую работу составляет не менее 70-ти %.
Структура и объем диссертации
:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключениясписка литературыиз 139 наименований. Также в диссертации содержится 89 рисунков и 27 таблиц. В конце каждой главысодержатся краткие выводы по решаемым задачам и рассматриваемым вопросам.
В р. 5.3. Выводы по ГЛАВЕ 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.