Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Концепция системного подхода к демпфированию колебаний конструкции с многими степенями свободы 16
1.1. Системы со многими степенями свободы
1.1.1. Свободные колебания 16
1.1.2. Вынужденные колебания 21
1.1.3. Вынужденные колебания с пропорциональным демпфированием
1.1.4. Вынужденные колебания с непропорциональным демпфированием
1.2. Гидроопоры - перспективное направление виброзащиты. 35
1.2.1. Динамическая жесткость гидроопоры 36
1.2.2. Эквивалентная схема гидроопоры с разделением упругого и поршневого действия упругого элемента.
1.2.3. Динамические жесткости гидравлических элементов и переход к эквивалентным механическим элементам.
1.2.4. Эмпирические формулы для расчета диссипативных и инерционных сопротивлений трубок.
1.2.5. Определение эквивалентной площади поршневого действия обечайки. 52
ГЛАВА 2. Электро-магнитореологические рабочие жидкости 64
2.1. Электро- магнитореологический эффект 52
2.2. Основные характеристики электрореологического эффекта 54
2.3. Электро- магпитореологические жидкости 62
2.4. Описание модели электро- магнитореологических жидкостей
2.5. Возможные области применения 73
2.6. Примеры конкретные применений 75
ГЛАВА 3. Теоретический расчет динамических характеристик магнитореологических жидкостей 85
3.1. Применение инерционных магнитореологических трансформаторов в системах виброизоляции
3.2. Влияние внешнего магнитного поля на плотность потока энергии в магнитореологическом трансформаторе
3.3. Влияние внешнего постоянного магнитного поля на движение реологической жидкости в канале квадратного сечения магниторелогического трансформатора.
ГЛАВА 4. Экспериментальное измерение скорости протекания магпитореологической жидкости от величины напряженности внешнего магнитного поля
4.1. Установка с бесконтактным магнитореологическим преобразователем для измерения скорости магнитореологических жидкостей в магнитореологическом канале.
4.2. Динамика протекания магпитореологической жидкости в канале, при воздействии внешнего магнитного поля
Заключение 135
Список использованной литературы
- Вынужденные колебания
- Электро- магпитореологические жидкости
- Влияние внешнего магнитного поля на плотность потока энергии в магнитореологическом трансформаторе
- Динамика протекания магпитореологической жидкости в канале, при воздействии внешнего магнитного поля
Введение к работе
Актуальность. Тема диссертационной работы была продиктована актуальностью проблемы снижения уровней вибрации и шума транспортных средств и стационарных энергетических установок. Основными источниками шума и вибрации транспортного средства являются: двигатель, шины и неровности дороги.
Наибольший вклад в генерирование вибрации и шума транспортного средства и стационарных установок вносят силовой агрегат-двигатель и трансмиссия. Причем диапазон частот вибрации двигателя более широкий, чем трансмиссии, и существенным образом зависит от типа двигателя. Характер вибрации транспортного средства в звуковом диапазоне частот в первую очередь определяется параметрами его опор. Применяемые в промышленности в настоящее время резинометаллические опоры, демпфирующие вибрацию двигателя, имеют ряд существенных недостатков: резонансный характер амплитудно -частотной характеристики; малое время релаксации; снижение демпфирующих свойств при длительной работе опоры. Последний недостаток является наиболее существенным, так как при работе двигателя часть генерируемой им вибрации поглощается опорами, а теплоотвод от резиновой основы незначителен. Поэтому последняя нагревается и теряет с течением времени демпфирующие свойства. Актуальной также является задача разработки нового поколения виброопор, работа которых основана на иных физических принципах. Наиболее перспективным в настоящее время направлением является разработка гидравлических виброопор (гидроопор). В них диссипация энергии колебаний двигателя происходит в средах с реологическими свойствами, а теплоотвод, в основном, обеспечивается металлическим корпусом.
Состояние вопроса. Задачами демпфирования колебаний силовых агрегатов машин еще в начале 50-х годов занимались В.А. Глух, П.И. Груздев, И.Г. Пархиловский, Р.В. Ротенберг, Е.А. Чудаков, В.Г. Цимбалин, P.Langer, W. Thome, F.Reiher, М.ОИеу. Дальнейшее развитие работ в этом направлении, позволившее создать средства снижающие уровень вибрации и шума обусловлено работами В.Е. Тольского, Н.Ф. Бочарова, К.В. Фролова, В.Н. Ляпунова, В.Н. Луканина, Г.В. Латышева, Р.Ф. Ганиева, Б.Н. Нюни на, Г.Д. Чернышева, Ф.М. Димснтберга, Я.М. Певзнера [1-11]. Созданные на основе этих работ пассивные средства гашения вибрации и шума автомобилей с использованием резинометаллических виброопор, гидравлических амортизаторов, пружин и звукоизолирующих материалов к настоящему времени исчерпали свой потенциал. Возникла проблема поиска неординарных технических решений в области виброзащиты машин. Теоретические положения первого из низ - активной виброзащиты автомобилей и водителей изложены в работах К.В. Фролова, А.В. Синева, В.Д. Шарапова [12-17]. Однако, реализованные на основе теоретических положений средства, требовали дополнительных энергетических затрат, высокой трудоемкости и обладали малым ресурсом. В силу этих особенностей они не могли быть внедрены в массовое производство. Второе направление связано с концепцией создания интегральных виброопор, предполагающих использование для гашения вибрации иные физические принципы. В частности, совмещение в одной конструкции элементов структурного демпфирования и элементов диссипирующих энергию колебаний в средах с реологическими свойствами с помощью специально организованных дроссельных каналов. Впервые эффект диссипации энергии колебаний в средах с реологическими свойствами нашел применение в гидравлических виброопорах силовых агрегатов транспортных средств разработанных фирмой Freidenberg (Германия) в 1979 году.
Дальнейшие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы были продолжены фирмой Metzeller в приложении к автомобилю "Ауди". Последующие годы ознаменовались лавинообразным потоком публикаций и патентов в области гидравлического демпфирования вибраций и ударов. Наибольшее число патентов и публикаций но данному направлению в Германии, .Японии и США [18-25]. В нашей стране первые публикации относятся к 1989 году (Гордеев Б.А., Образцов Д.И., Новожилов М.В. Применение диссипативных элементов в виброопорах силовых агрегатов машин. Препринт ИМАШ АН СССР, Горький, 1989). Тогда же были созданы и испытаны первые в СССР образцы гидравлических виброопор. Первые, успешно проведенные испытания гидравлических виброопор на автомобилях производства ГАЗ, стимулировали работы по экспериментальным и теоретическим исследованиям процессов в заполнителе с реологическими свойствами. К ним относятся работы Б.А. Гордсева, А.В. Синева, А.Г. Чистякова, А.И. Весницкого, СО. Лазарева, В.В. Фролова, С.К. Карцова, B.C. Бакланова [26-40].
Проведенные стендовые и дорожные испытания выявили значительные преимущества гидравлических виброопор по сравнению с обычными резинометаллическими. В то же время проведеннные экспериментальные исследования процессов диссипации энергии колебаний в средах с реологическим свойствами, ограниченных эластичными обечайками выявили ряд вопросов, требующих четких ответов, без которых невозможно создание промышленных образцов гидроопор.
Возникли следующие вопросы: как влияет изменение реологических характеристик рабочей жидкости па процесс демпфирования высокочастотных гармоник входного вибросигнала; как оптимизировать длину и сечение дроссельных каналов, соединяющих рабочую и компенсационные камеры в гидроопоре, учитывая нелинейные характеристики рабочей жидкости; какими свойствами должны обладать эластичные диафрагмы, разделяющие жидкую и газообразную среды; каким образом использовать эффект изменяющейся кинематической вязкости магнитореологических и электрореологических заполнителей для расширения функциональных возможностей гидроопоры? Ма все эти вопросы были найдены ответы и предложены соответствующие технические решения.
Цели и задачи. Целью работы является создание методики на основе исследования нелинейных характеристик магнитореологических и э л ектро реологических рабочих жидкостей для конструирования эффективных средств гашения вибрации и шума. Работа средств гашения вибрации основана на диссипации энергии колебаний в средах с реологическими свойствами. При этом решались следующие исследовательские, технические и технологические задачи.
Исследовательские задачи: исследование нелинейных свойств гидроопоры в зависимости от направления и напряженности внешних электромагнитных полей; исследование процессов диссипации при дросселировании рабочей жидкости через каналы в неоднородных электромагнитных полях;
Технические задачи: разработка концепции создания средств гашения вибрации и шума на основе поглощения энергии в жидких и вязкоупругих средах; разработка испытательного стенда и проведение стендовых испытаний; разработка и создание средств управления внешними электромагнитными ПОЛЯМИ.
Технологические задачи: Разработка и создание специальной оснастки для формирования и управления электромагнитными полями;
Методы исследования: теоретические исследования; экспериментальная проверка результатов теоретических расчетов; использование компьютеров в экспериментальных исследованиях. При теоретических исследованиях использовались положения математической физики, методы решения нелинейных дифференциальных уравнений, теории электромагнитного поля, механики жидкостей и газов, методы граничных элементов.
Научная новизна
Новыми являются следующие результаты работы: -исследованы процессы демпфирования в гидроопорах, заполненных магнитореологическими составами; -выявлены основные факторы влияющие на изменение характеристик магниторсологичсских заполнителей в зависимости от геометрии дроссельных каналов и параметров внешних электромагнитных полей
Практическая ценность. Проведенные исследования позволяют разработать новое поколение гидроопор с применением магнитореологических заполнителей с широким частотным и динамическим диапазоном с возможностью осуществления обратной связи.
Основные результаты диссертации были получены при выполнении работ по:
Плану основных заданий Нф ИМАШ РАН 2004-2005 г.г. но теме «Волны деформации в структурно-неоднородных материалах и элементах конструкций» (научный руководитель, профессор Ерофеев В.И., профессор Потапов А.И.);
Гранту РФФИ: «Теоретическое и экспериментальное исследование волновых процессов в подземных сооружениях и методы их подавления на путях распространения в окружающую среду» (2005-2007 г.г., №05-01-004406-а)
Работа была удостоена призового места в конкурсе выступлений на десятой ежегодной сессии молодых ученых (Дзержинск, 2005 г.)
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их согласованностью с общими положениями механики сплошных сред, совпадением экспериментальных результатов с результатами расчетов.
Научные положения выносимые на защиту:
Использование в качестве поглотителя энергии колебаний сред с магнитореологическими свойствами позволяет повысить эффективность виброгашения и создавать гидроопоры с обратной связью.
Теоретическая модель магнитореологической жидкости, позволяющая с хорошим приближением рассчитывать динамические характеристики магнитореологических жидкостей
Теоретическая зависимость скорости протекания магнитореологической жидкости от величины напряженности внешнего магнитного поля.
Экспериментальная установка, позволяющая измерить среднюю скорость протекания магнитореологической жидкости от величины напряженности внешнего магнитного поля.
Внедрение результатов работы:
Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Нф ИМАШ РАН, (г. Н. Новгород), ООО «Триботехника» (г. Н. Новгород), ООО «Виброзащита» (г. Н. Новгород)
Апробация работы: Основные результаты диссертации были доложены на международных и Российских конференциях: Всероссийской научной конференции «Волновая динамика машин и конструкций» посвященной памяти А.И. Весницкого (Н.Новгород, Нф ИМАШ РАН, 2004); ГХ Международной научно-технической конференции по динамике и прочности автомобиля (М., МАДИ, 2005); VTII научной конференции по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б.Н. Гсршмапа (Н.Новгород, ННГУ, 2005); Всероссийской научной конференции «Нелинейные колебания механических систем» (Н.Новгород, ННГУ,
2005); X ежегодная сессия молодых ученых (Дзержинск, 2005)
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем диссертации составляет 148 стр., 40 рисунков.
Список литературы состоит из 117 наименований.
Публикации. Результаты диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 5 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, научная и техническая новизна, кратко излагаются содержание и выводы диссертации.
Первая глава, в основном, носит постановочный и обзорный характер. Она посвящена анализу вибронагрузок в сложных конструкциях со многими степенями свободы. В первой главе рассматривается перспективность применения гидроопор. Следствием компромиссных технических решений, явился поиск новых направлений в конструкциях виброизоляторов, использующих иные физические принципы работы и появление в восьмидесятых годах гидравлических виброопор. Оной из возможных адаптации гидроопоры является применение электрореологические и магнитореологических жидкостей.
В п. 1.1. рассматриваются методы динамического гашения вибрации; демпфирования, достигаемым за счет внутреннего поглощения энергии в материале и конструкции; в и бр о изоляцией, ослабляющей связь источника возбуждения и объекта. Проводится анализ собственных значений и собственных форм колебаний. Рассматривается нормализация .модальных форм собственных колебаний систем со многими степенями свободы (п. 1.1.1.)
Рассмотрены вынужденные колебания многомассовых вибрационных систем с детерминированным характером возбуждения. Вводятся понятия обобщенной массы и обобщенной жесткости для сложных механических систем (п. 1.1.2.).
В и. 1.1.3. исследуются вынужденные колебания с пропорциональным демпфированием, которое включает в себя структурную и вязкую компоненты.
В тех случаях, когда матрица демпфирования не пропорциональна матрице масс вводится новая математическая процедура — метод состояния пространства. Рассмотрены случаи когда демпфированные собственные моды не тождественны собственным модам системы. Исследованы моды с характеристическим отставанием по фазе. (п. 1.1.4)
Даны определения понятий динамической жесткости и передаточной функции гидроопоры, (п. 1.2.1)
В п. 1.2.2 приведена эквивалентная схема гидроопоры, с разделением упругого и поршневого действия упругого элемента. Исходя их принятой схемы, получено выражение для определения динамической жесткости гидроопоры, а так же сделана сравнительная оценка жесткости гидроопор, заполненных жидкостью ПМС-20.
В п. 1.2.3 рассматриваются эквивалентные схемы гидроопор. Оказывается гидроопору с реологическим заполнителем можно описать системой механических и гидравлических элементов. Используя такие упрощенные эквивалентные схемы, можно рассчитать комплексную динамическую жесткость гидроопоры.
В п. 1.2.4 приведена методика получения эмпирических формул для расчета зависимости диссипативных и инерционных сопротивлений трубок (каналов) гидроогюр, от геометрических размеров этих каналов. Для построения этих зависимостей, используются экспериментальные данные применения гидроопор с различными геометрическими размерами. В итоге, решая систему уравнений, получаем формулы для расчета диссипативного и инерционного сопротивления каналов и численные значения коэффициентов в этих формулах.
В и. 1.2.5 описывается схема эксперимента и методика определения эквивалентной площади поршневого действия обечайки гидроопоры. В результате строится график зависимости этой площади А] от величины деформации резиновой обечайки z.
Вынужденные колебания
Вынужденные колебания Главные (нормальные) координаты Уравнения движения системы с двумя степенями свободы, показанной на рис.1.1, без демпфирования можно записать в виде: mjXj + (k, +k2)x, -k2x2 = Fj m2x2-k2x2+(k2+k3)x2 = F2 1,23 или в матричной форме при помощи уравнения (1.2)
При решении предыдущих уравнений относительно реакции {х} для определенной системы возбуждающих сил, основным препятствием является связь между уравнениями, т.е. обе координаты х( и х2 входят в каждое из уравнений (1.23), В уравнении (1.24) связь заключается в том, что так как матрица жесткости является симметричной, то она не диагональна (внедиатональные элементы не равны нулю). Этот вид связи называется упругой или статической связью (недиагональная матрица жесткости) и характерен для системы с распределенными массами, если выбранные координаты совпадают с каждой массой. Если уравнение движения переписать в терминах удлинений каждой пружины, то матрица жесткости, а не матрица масс, станет диагональной. Такой вид связи называется инерционной или динамической (недиагональная матрица масс). Таким образом видно, что способ связи уравнений зависит от выбора координат. Если система уравнений может стать несвязанной и мы получаем диагональные матрицы масс и жесткости, то каждое уравнение будет подобно уравнению дли системы с одной степенью свободы и может решаться независимо от другого. В действительности, процесс получения характеристики системы путем преобразования уравнений движения в независимую систему уравнений называется модальным анализом.
Таким образам, применение преобразования координат приводит систему уравнений к несвязанному виду одновременно инерционно и упруго и, следовательно, позволяет получить диагональные матрицы масс и жесткости. Воспользуемся свойствами ортогональности модальных форм, рассмотренными выше. Выражение (1.21) показывает, что если матрицу масс или жесткости умножить справа и слева соответственно на вектор модальной формы и его транспоненту, то в результате получим некоторую скалярную величину. Таким образом, используя матрицу [ф], столбцами которой являются векторы модальных форм, получаем необходимое преобразование координат. Координаты х преобразуются в ij с помощью выражения: где [ф]= U2 "і U2 f і U2 U3 U3 U", 1 .U». 2 Un, П _ (1.26) [ф] называется модальной матрицей, а вектор {г;} - главными (нормальными) или модальными координатами. Уравнение (1-24) можно записать в виде: [m]{x"} + [k]{x}={F} (1.27) а подставляя выражение (1.25) в (1.27) получим, И "}+ММЫ={р} (1.28) Умножая слева уравнение (1.28) на транспоненту модальной матрицы [ ]т, получим: 1Ф7Ш{ 1"ЫФТ1Ф1Ы=1ФТ{Р} и » В выражении (1.21) матрица масс была умножена справа и слева на одну модальную форму и ее транспоненту, и получена в результате скалярная величина, тогда как в выражении (1.29) матрица масс умножается справа и слева на все модальные формы и их транспопенты. Таким образом, произведение представляет собой матрицу [ M J, у которой диагональные элементы являются некоторыми постоянными, а все в не не диагональные элементы равны нулю, т.е. MT[m]M=[-Mj (1.30) аналогично МТ[кІ0І=["к- ] О-31) где [ "M_J и [ " К. J являются диагональными матрицами. Отсюда уравнение (1.29) можно записать в виде: r-Mj„"}+h _]M = MT{F} (1.32) Уравнение (1.32) представляет собой п уравнений вида где { } І - ый столбец модальной матрицы, т.е. і-ая модальная форма. Mj и Kj являются і-ой модальной массой (обобщенной массой) и і-ой модальной жесткостью (обобщенной жесткостью) соответственно, смотри выражения (1.21) и (1.22). Уравнение (1.33) является уравнением движения для системы с одной степенью свободы, показанной на рис. 1,2. П, Т sTTTTsTTTT/ Рис. 1.2 Система с одной степенью свободы. Поскольку, как видно из выражения (1.22), К; =т}Ы{ то уравнение (1.33) можно записать в виде: ti+tf4i= =t}t\ vL (1.34)
После того, как получено решение (временные характеристики) уравнения (1.32) для всех значений rj, решение для исходных координат х определяется обратным преобразованием, т.е. подстановкой выражения для і] из уравнения (1.25) {x)=[ J{?;}
Однако следует заметить, что модальная матрица [ф] выражения (1.26) может быть составлена из столбцов нормализованных модальных форм (для которых Mj=l). Такая матрица называется взвешенной модальной матрицей ]. Если эта матрица используется вместо матрицы с собственными модальными формами, то уравнение (1.34) можно привести к виду; tf+ -F fcHF} (1.35) Таким образом, модальная масса будет равна единице, а модальная жесткость - квадрату собственной частоты і-ой моды.
Вынужденные колебания с пропорциональным демпфированием Предположение об отсутствии затухания в не механических системах является всего лишь гипотетическим, поскольку все конструкции имеют внутреннее демпфирование. Поскольку существует несколько ВИДОВ Демпфирования - ВЯЗКОе, ГИСТереЗИС НО С, КуЛОНОЕїСКОС, аэродинамическое и пр., то в общем трудно установить вид демпфирования, характерный для данной конструкции. Практически конструкция может иметь характеристики демпфирования, получаемые в результате сочетания всех видов. Во многих случаях, однако, демпфирование мало и можно сделать определенные упрощающие пред поло же н и я.
Электро- магпитореологические жидкости
Электрореологическим (магнитореологическим) эффектом называется быстро обратимое повышение эффективной вязкости неводных дисперсных систем в сильных электрических(магнитных) полях. Впервые этот эффект обнаружил Винслоу в 40-х годах двадцатого столетия [70].
В 1949 году Винслоу исследовал течение диэлектрических суспензий непроводящих и полупроводящих частиц в зазоре ротационного вискозиметра типа конус-кон ус с параллельными образующими. Между конусами создавалась разность потенциалов (постоянная или переменная 60 Гц, напряженность поля до 3-106в/М). Как выяснилось, некоторые суспензии весьма чувствительны к одновременному воздействию деформации сдвига и внешнего электрического поля. В комбинированных (электрических и электродинамических полях) эффективная вязкость таких суспензий обратимо повышалась с усилением электрического поля. Величина приращения вязкости зависела от напряженности поля, концентрации твердой фаза, состояния поверхности твердых частиц [70].
Использовалась суспензия активированного силикагсля в керосиновой фракции при объемной концентрации 50%. Чтобы предотвратить разделение фаз в суспензию вводили поверхностно-активные вещества (металлические мыла, эфиры жирных кислот); особое внимание уделялось определению количества воды, адсорбированной на поверхности частиц.
Индуцированное сопротивление сдвигу S, т.е. разность механического сопротивления суспензии в электрическом поле и без него, оказалась квадратичным образом связанным с приложенным напряжением U: S±S0 = k(U±U0)2
Дополнительное напряжение Uo и сопротивление сдвигу So, а так же множитель к должны зависеть от величины поверхности частиц. В приборе Винслоу был достигнут довольно значительный электрореологический эффект порядка 25 кг силы сопротивления на 1 Вт израсходованной энергии электрической энергии. Большую роль играет постоянство величины поверхности частиц при их взаимном контакте, трении и столкновениях движущейся суспензии. Было замечено, что присутствие небольших количеств воды в суспензии интенсифицирует электрореологический эффект.
Исследования консистентных смазок позволили обнаружить различный характер влияния электрического поля на течение смазок с мыльными и немыльными загустителями.
Наиболее полное исследование смазок с мыльными загустителями было проведено Ю. Ф. Дейнегой и Г. В. Виноградовым [71-82]. Смазки представляли собой дисперсии в минеральных маслах игольчатых или лентовидных кристаллов мыл с отношением длины к диаметру от 10:1 до 200:1 и с размерами частиц от нескольких ангстрем до сотен микрон. Размеры и форма частиц определяла их ориентацию в сдвиговом поле. Большое значение имеет так же способность частиц мыла к образованию легко разрушающихся и восстанавливающихся связей. [79]. В смазках наблюдались электр о кинетически с явления, например электрофорез, электроосмос [73], потенциал течения [76].
Американские исследователи Класс, Мартинек, Хайнс изучали особенности течения смазок с немыльными загустителями (например, с бентонитом) во внешних электрических полях [83]. Они обнаружили собственно электрореологический эффект - обратимое повышение кажущейся вязкости. Этот феномен в дальнейшем подвергается обстоятельному изучению в работах [84,85].
В последние десять пятнадцать лет во всем мире исследователи и инженеры снова обратились к электрореологическому эффекту и электрореологическим материалам в связи с высокой перспективностью использования их в различных областях медицины и техники.
Напряженность однородного электрического поля При определении влияния напряженности электрического поля Е на механическое поведение суспензии фиксируются остальные параметры : состав суспензии, скорость сдвига, температура.
Эффективная вязкость суспензии увеличивается с повышением напряженности поля (рис.2.1). Было установлено [86J, что электрореологический эффект не проявляется заметно вплоть до некоторой пороговой напряженности электрического поля. Величина ее зависит от состава суспензии и температуры (рис.2.2). После достижения значения ЕПОр эффективная вязкость растет приблизительно в параболической зависимости от напряженности поля, но не бесконечно, а до насыщения, т.е. до такого уровня, когда эффективная вязкость перестает зависеть от напряженности поля. Такое состояние, однако, не всегда может быть достигнуто до пробоя (рис.2.2).
Влияние внешнего магнитного поля на плотность потока энергии в магнитореологическом трансформаторе
Области возможного практического применения электрореологического эффекта чрезвычайно разнообразны и широки. До недавних пор усилия большинства исследователей и инженеров были сосредоточены в основном на проблеме снижения сопротивления, и поэтому многообещающие возможности электрореологического эффекта игнорировались и оставались незамеченными.
Винслоу первым обратил внимание на практические возможности повышения кажущейся вязкости ряда дисперсных систем при наложении поперечного электрического поля. Его работы носили чисто прикладной, сугубо инженерный характер. Были определены следующие основные области использования этого явления [70] : 1. Запирание и регулирование движения жидкости прокачиваемой через узкий канал. 2. Новые конструкции муфт сцепления, тормозов и других фрикционных устройств. 3. Зажимные и фиксирующие устройства. 4. Перестановочные элементы плавного регулирования.
Запорные, регулирующие клапаны, демпферы. Если соответствующую электрореологическую суспензию прокачивать через плоско параллельный щелевой канал, между стенками которого существует достаточная по величине разность потенциалов, то гидродинамическое сопротивление движению этой суспензии можно увеличивать в зависимости от напряженности поля вплоть до кажущегося затвердевания, т.е. до полной остановки течения. Такой канал со стенками- электродами может служить дросселем, клапаном или вентилем в гидравлической системе, заполненной электрореологической суспензией. К примеру, можно регулировать давление диэлектрической суспензии, подаваемой винтовым насосом, если создать разность потенциалов между винтом и цилиндром, запирание канала вызовет интенсивное перемешивание суспензий.
Устройства для регулирования проскальзывания электродвигателей Предложено немало принципиальных схем различных фрикционных передач, в частности муфт сцепления с контролем скольжения, а так же тормозных устройств. Например устройства с управляемым проскальзыванием между двумя элементами : ведущим и ведомым или движущимся и неподвижным для автоматического управления скоростью. Они могут применяться при запуске электромоторов, имеющих большой момент запуска и приводящих в движение нагрузки с большой инерцией, для улучшения работы электромоторов при внезапном изменении их нагрузок, при наматывании и разматывании материалов с бобин, шпуль, и катушек с постоянной линейной скоростью, при регулировании систем кондиционирования.
Фиксаторы положения, зажимные устройства Электрореологический эффект позволяет создать принципиально новые зажимные устройства, применение которых может стать перспективным для обработки механолабильных, податливых, малопрочных материалов и немагнитных деталей в машиностроении. Если пленку электровязкой жидкости нанести на тонкую пластину диэлектрика, с другой стороны которого располагаются электроды, соединенные источником постоянного одно или трехфазного тока, то электропроводный объект, установленный на пластинке, будет жестко зафиксирован «затвердевшей» пленкой при наложении достаточно интенсивного электрического поля [95].
Магнитореологические жидкости производства компании Lord Rheonetic. Магнитореологические (МРЖ) оптимально подходят для динамической регуляции диссипаций энергии. При наличии магнитного поля, частички микронного размера, находящиеся в жидкости намагничиваются рис. 2.13 и демпфирующие характеристики МРЖ могут регулироваться с практически неограниченной точностью при характерном времени реакции порядка 10 мс. МРЖ комбинируют в себе хорошую управляемость, высокую чувствительность к внешним воздействиям и высокую запасаемую энергию.
Динамика протекания магпитореологической жидкости в канале, при воздействии внешнего магнитного поля
В кольцевом БМП преобразователе 4 установки (рис.4.1) происходит усреднение магнитных свойств различных участков стальной цилиндрической вставки 3 (рис.4.3). Происходит взаимокомпенсация неравенства диэлектрических зазоров между отдельными полюсами 4 и стальной цилиндрической вставкой ЧЭ 3 (из-за эксцентриситета и т. п.). В таком преобразователе геометрия магнитных цепей ВЭ характеризуется расположением проекций полюсов 4 ВЭ на развертку стальной цилиндрической вставки ЧЭ 3, которые располагаются на одной линии.
В кольцевом магнитореологическом БМП преобразователе (рис.4.3) сборка из четырех возбуждающих электромагнитов 2 создает электромагнитное поле в ЧЭ- чувствительном элементе 3.
В конструкции магнитореологического БМП преобразователя (рис.4.3) чувствительным элементом служит участок контролируемой стальной цилиндрической вставки 3 с одним магниторсологическим каналом 6, выполненным с помощью диэлектрической трубки малого диаметра, порядка 1,5-2 мм и расположенной между образующей стальной цилиндрической вставки 3 и одним из полюсов 4 возбуждающих электромагнитов 2. С целью повышения чувствительности и снижения погрешности преобразователя ЧЭ 3 может быть изготовлен в виде полого цилиндра - стакана из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и заполненного внутри диэлектриком.
Такой ЧЭ 3 встраивается в магнитореологический преобразователь (рис.4.3) так, чтобы через ЧЭ передавались полностью или частично измеряемые скорости V магнитореологических жидкостей в магнитореологическом канале 6.
Полюса 4 остальных возбуждающих электромагнитов 2 сборки, не связанных с магнитореологическим каналом 6 ЧЭ 3 разделены воздушным зазором порядка 1,5-2 мм (рис.4.3).
При отсутствии протекания магнитореологической жидкости в проходном магнитореологическом канале канал 6 чувствительного элемента З БМП представляет собой изотропную среду, в котором распределение электромагнитного поля определяется геометрическими параметрами ВЭ. Здесь необходимо уточнение: будем считать, что магнитореологический канал 6 БМП не заполнен магнитореологической жидкостью (пустой БМП).
Кроме того, в отсутствии протекания магнитореологической жидкости, чувствительный элемент 3 БМП также представляет собой ферромагнитную электропроводящую среду, магнитная проницаемость ц. которой во много раз выше магнитной проницаемости диэлектрического зазора Цо в магнитореологическом канале 6 чувствительного элемента 3.
При протекании магнитореологической жидкости в канале 6 чувствительного элемента 3 БМП (заполненный магнитореологической жидкостью БМП), вследствие магнитореологического эффекта ЧЭ 3 БМП становится магнитно-анизотропной средой, в которой магнитная проницаемость канала 6 ЧЭ 3 БМП преобразователя в разных направлениях различна.
Достоинствами магнитореологического БМП преобразователя является малая длина участка контролируемой стальной цилиндрической вставки 3 с магнитореологическим каналом 6, используемой в качестве ЧЭ.
К недостаткам описываемого преобразователя можно отнести значительные ток и мощность, потребляемые сборкой из четырех ВЭ 2. Это обусловлено большой МДС ВЭ, необходимой для проведения через зазор с магнитореологическим каналом 6 магнитного потока возбуждения. С увеличением воздушного зазора и диаметра диэлектрических трубки потребляемые ток и мощность ВЭ 2 возрастают.
Для измерения скорости V магнитореологической жидкости в канале 6 бесконтактного магнитореологического преобразователя используется следующий подход:
1. При подаче напряжения на катушки 2 ВЭ (рис.4.3,4.4) измерительного моста в ЧЭ 3 возникает переменное электромагнитное поле. Электромагнитный индуктивный измерительный мост воспринимает информацию об изменении поля под действием протекания магнитореологической жидкости в магнитореологическом канале 6.
2. Снимаемое с выхода диагонали индуктивного измерительного моста БМП преобразователя разностное напряжение AuM(t), пропорциональное величине скорости V магнитореологической жидкости в магнитореологическом канале 6 (рис.4.3,4.4), далее поступает на входа дифференциального усилителя (рис.4.5).
3. Выходной сигнал усилителя с дифференциальным входом пропорционален разности Дин(і) его входных сигналов.
4. При отсутствии протекания жидкости в магнитореологическом канале 6 чувствительного элемента 3 ЭДС катушек 2 ВЭ (рис.4.3) одинаковы . Потенциалы Е] и Е2 в выходных точках диагонали индуктивного измерительного моста равны (рис.4.4), т.е. индуктивный измерительный мост (рис.4.4) сбалансирован. При протекании жидкости в магнитореологическом канале 6 чувствительного элемента 3, при скорости жидкости V О, снимаемое с выхода диагонали индуктивного измерительного моста разностное напряжение Дим(1) возрастает пропорционально скорости жидкости V, т.е. индуктивный измерительный мост становится несбалансированным.
