Dziś jest sobota, 14 grudzień 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8234 -0.7% 1EUR 4.2747 -0.23% 1GBP 5.1292 +1.06%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Seminarium utrzynia ruchu - Wałbrzych 2019
więcej
IIX edycja Targów Energetycznych ENERGETICS już w listopadzie!
więcej
Produkcja w Polsce w kontekście Czwartej Rewolucji Przemysłowej
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
16 maj 2007.

Zastosowanie tłumika magnetoreologicznego w tłumieniu drgań

W artykule przedstawiono ideę wykorzystania tłumika MagnetoReologicznego (MR) do semiaktywnego tłumienia drgań mechanicznych. Opisano budowę i zasadę działania tłumika MR oraz jego podstawowe charakterystyki statyczne i dynamiczne, a w szczególności przedstawiono eksperymentalną zależność
współczynnika tłumienia od prądu sterującego tłumikiem. Zaproponowano dwa regulatory semiaktywnego tłumienia drgań: algorytm Regułowego Ograniczania Przyspieszenia (ROP) oraz filtrowany regulator on-off. Praktycznej oceny działania układu zamkniętego z opracowanymi algorytmami dokonano na laboratoryjnym stanowisku zawieszenia fotela kierowcy. Wyniki badań wskazują na istotną poprawę charakterystyk badanego układu będącą skutkiem semiaktywnego wykorzystania tłumika MR.

Tłumik magnetoreologiczny stanowi element wyko rzystywany do sterowania drganiami w strukturach
mechanicznych. Tłumik MR stanowi interfejs między elektroniczną jednostką sterującą oraz mechaniczną strukturą obiektu. Działanie tłumika opiera się na tzw. efekcie magnetoreologicznym polegającym na zmianie lepkości cieczy wypełniającej tłumik pod wpływem pola magnetycznego. Sterując natężeniem pola magnetycznego za pośrednictwem prądu płynącego w uzwojeniu
sterującym (cewce) tłumika, można zmieniać współczynnik tłumienia, a więc siłę oporu wytwarzaną przez tłumik. Rozwiązanie to stanowi pewną alternatywę dla aktywnego sterowania drganiami, gdyż niewielka energia wymagana do wytworzenia pola magnetycznego umożliwia sterowanie rozpraszaniem przez tłumik energii wielokrotnie wyższych. Sterowanie układami z tłumikiem MR sprowadza się do sterowania wyłącznie stopniem dyssypacji energii stanowiąc istotę sterowania semiaktywnego [6].

Tłumik MR znajduje zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym m.in. w takich produktach jak: pochłaniacz drgań (Delphi Automotive?s MagneRideTM) czy tłumik rajdowy (Carrera?s MagneShockTM) [1]. Układy te, dzięki zastosowaniu tłumików MR, charakteryzują się dużą skutecznością tłumienia niepożądanych wibracji.

Tłumik magnetoreologiczy

Schemat budowy liniowego tłumika MR pokazano na rys. 1. Tłumik wypełniony jest cieczą MR, która powstaje w wyniku połączenia tzw. cieczy nośnej ze stałymi fragmentami (opiłkami) ciała ferromagnetycznego. Jako ferromagnetyk najczęściej wykorzystuje się tani karbonyl lub drogie stopy: żelazowo-kobaltowy i żelazowo-niklowy. Ciecz nośną stanowi olej krzemowy, nafta lub olej
syntetyczny. Zadaniem cieczy nośnej jest zapewnienie odpowiednich właściwości temperaturowych tłumika MR. Ciecz MR zawiera ponadto składniki, które przeciwdziałają powstawaniu osadu oraz zapewniają właściwą dyspersję fragmentów ferromagnetycznych wewnątrz tłumika. Tłok tłumika zespolony jest z cewką, do której poprzez przewody doprowadzany jest prąd o określonym
natężeniu. Konstrukcja jest tak pomyślana, że linie pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę koncentrują się wewnątrz objętości cieczy MR w szczelinie roboczej tłumika. Obwód magnetyczny tłumika obejmuje część obudowy oraz szczelinę z cieczą MR wraz z tłokiem.

 
Siła zewnętrzna działająca na tłok powoduje przepływ cieczy MR przez szczelinę. Natężenie przepływu cieczy zależy od różnicy ciśnień pomiędzy dwoma komorami z cieczą MR. W przypadku, gdy w cewce nie płynie prąd, cząsteczki ferromagnetyczne są rozproszone w cieczy nośnej i tłumik MR zachowuje się jak zwykły tłumik wiskotyczny. Ruchowi tłoka przeciwdziała wówczas siła tarcia statycznego na uszczelnieniach i siła wynikająca z przepływu cieczy. Jeżeli przez cewkę tłumika płynie prąd, cząsteczki ferromagnetyczne układają się równolegle do kierunku pola magnetycznego (prostopadle do kierunku przepływu cieczy). Ruchowi tłoka przeciwdziała wtedy, oprócz sił występujących dla przypadku
braku przepływu prądu, także siła wywołana efektem MR. Istotą tego efektu jest zmiana w czasie rzędu milisekund lepkości cieczy w szczelinie roboczej na skutek zmian pola magnetycznego. W wyniku zmian lepkości, ograniczony zostaje przepływ cieczy przez szczelinę, co powoduje zwiększenie oporu hydraulicznego stawianego ruchom tłoka i wytworzenie siły tłumienia odpowiadającej
tym zmianom. Zakres sterowania tą siłą jest ograniczony przez maksymalne natężenie prądu
w cewce. Akumulator stanowi odizolowaną od cieczy MR elastyczną przeponę z gazem znajdującym się pod ciśnieniem. Jego zadaniem jest zapewnienie pewnej przestrzeni pod tłokiem dla cieczy MR w przypadku, gdy tłoczysko jest wsunięte do cylindra oraz zapewnienie wstępnego ciśnienia działającego na tłok.

Rys. 2 i 3 przedstawiają eksperymentalnie otrzymane charakterystyki tłumika MR [4]. Rys. 2 prezentuje siłę tłumiąca w funkcji prędkości tłoczyska dla różnych prądów cewki. Widocznymi zjawiskami są: histereza, zauważalna szczególnie dla małych prędkości oraz wzrost siły tłumiącej wraz ze wzrostem prądu cewki. Rys. 3 przedstawia zależność współczynnika tłumienia tłumika w funkcji prądu. Charakterystyka zmierzona została dla prędkości większych od 0,02 m/s, a więc poza obszarem silnej histerezy. Widoczna na rys. 3 histereza była pomijana w fazie projektowania regulatorów i zastępowana przez wartość średnią współczynnika tłumienia.


Stanowisko laboratoryjne

Badania przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym zawieszenia fotela kierowcy, którego schemat
przedstawiono na rys. 4. Fotel podparty jest na zawieszeniu złożonym ze sprężyny o współczynniku
sprężystości k i tłumika MR. Tłumik MR modelowano jako tłumik wiskotyczny o regulowanym prądem IMR współczynniku tłumienia c. Wymagane wartości IMR za pewniał analogowy sterownik mocy sterowany napię-ciowo. Założono, że dynamika sterownika mocy jest po-mijalna w porównaniu z dynamiką tłumika MR, a tym bardziej z dynamiką sterowanego 

 

 

Badania

Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym widocznym na rys. 4 i rys. 5. Celem było zbadanie zasadności stosowania tłumika MR poprzez ocenę właściwości dynamicznych układu zawieszenia fotela pracującego w dwóch konfiguracjach. Pierwsza konfiguracja polegała na pracy z ustalonym, stałym w czasie trwania badania współczynnikiem wzmocnienia. W drugiej konfiguracji zastosowano regulator. Zmienną regulowaną był prąd cewki tłumika MR, co w konsekwencji powodowało zmiany współczynnika tłumienia.

 

Procedura testowa polegała na pobudzeniu podstawy fotela do drgań poprzez podanie na wzbudnik sinusoidalnego przebiegu o częstotliwości zmieniającej się w zakresie od 1 Hz do 13 Hz i badaniu jego odpowiedzi. Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono rodzinę względnych charakterystyk przenoszenia przemieszczenia układu (stosunek amplitudy fotela do amplitudy wzbudnika dla danej częstotliwości) dla różnych, stałych prądów cewki tłumika. Została ona przedstawiona na rys. 6. Istotne jest, iż przy niskich prądach

cewki tłumika (poniżej 50 mA) występuje zjawisko rezonansu, które skutkuje niemal dwukrotnie wyższą amplitudą drgań fotela w stosunku do amplitudy wzbudnika. Wzrost prądu tłumika eliminuje zjawisko rezonansu, objawiając się jednak pogorszeniem tłumienia drgań dla częstotliwości powyżej częstotliwości rezonansowej.


Zastosowanie stałego prądu tłumika MR, a więc wybór stałego w czasie współczynnika tłumienia, oznacza zgodę na kompromis między tłumieniem niskich i wysokich częstotliwości.

W celu uzyskania maksymalnego tłumienia w szerokim zakresie częstotliwości zaproponowano dwa regulatory.


A. Regułowe ograniczanie przyspieszenia
Z równania (1) można określić przyspieszenie fotela:

 


 
Ograniczenie przyspieszeń, którym poddawany jest kierowca stanowi nadrzędny cel sterowania fotelem. Niech regulator dostraja współczynnik tłumienia c tak, aby minimalizować aktualne przyspieszenie fotela. Takie Regułowe Ograniczanie Przyspieszenia (ROP) można zapisać jako:

 


Istotną cechą regulatora ROP jest niezależność reguł sterowania od masy kierowcy oraz konieczność zapewnienia pomiaru tylko jednego sygnału.

Pełna treść artykułu dostępna w czasopiśmie PAR

Źródło: Pomiary Automatyka Robotyka 5/2007
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl