فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد(قابل ویرایش) مقاله به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۲۳ صفحه است

عنوان مقاله شبيه­سازی جامع ديناميکی غيرخطی دسته ­موتورهای هيدروليکی

 

انوشيروان فرشيديان­فر [۱] دانشيار

حامد يزدانی نژاد[۲] کارشناس ارشد

 

چکيده

 

اين مقاله با ارائه مدل ارتعاشی غيرخطی و جامع از دسته موتورهاي هيدروليکي سعي بر ارائه مدل رياضي کاملی جهت پيش­بيني صحيح رفتار سيستم دارد. مدل رياضي سيستم، مدلي غيرخطي بر مبناي پارامترهاي متمرکز تعريف­شده مي­باشد. بدين منظور ابتدا معادله کوپله مومنتوم جامع سيستم استخراج شده است. جهت استخراج معادلات مومنتوم از معادلات حاکم بر سيال و از مفاهيم مکانيک محيط پيوسته استفاده شده و مكانيزم سوييچينگ دي­كاپلر نيز با استفاده از تابع نمايی آرکتانژانت در مدل وارد شده است. در ادامه، با روش انتگرال­گيري عددي، پاسخ زماني سيستم در فرکانسها و دامنه­های تحريک استاندارد بررسي شده است. مدل توانايي توجيه رفتار غيرخطي دسته موتورهاي هيدروليکي را در فرکانسهای زياد تحريک، داراست. همچنين علاوه بر نواحی غيرخطی شناخته شده, ناحيه ارتعاشی ديگری نيز شناسايی شده است که منجر به غيرخطی شدن رفتار سيستم می­شود. نتايج حاضر اصلاح ارزشمندي بر مدلهاي موجود با بکارگيري کامل پارامترهاي غيرخطي و معادله مومنتوم جامع سيستم مي­باشد و رفتار غيرخطي پيش­بيني­شده با نتايج آزمايشگاهي تطابق بيشتری دارد.

 

واژه هاي راهنما: مدلسازی غيرخطی, دسته موتور هيدروليکی, پاسخ فرکانسی, تابع انتقال

 

۱- مقدمه

 

امروزه جهت بهبود عملكرد ارتعاشي خودرو از نسل جديدي از دسته موتورها به نام دسته موتورهای هيدروليکی جهت كاهش ارتعاشات نامطلوب وارد بر سرنشين (ناشي از ناميزاني موتور و  ناهمواري جاده) استفاده مي­شود. تغييرپذيري مشخصه هاي ارتعاشي سيستم در دامنه و فركانسهاي تحريك متفاوت وارد بر موتور خودرو، عامل اصلي محبوبيت اين دسته موتورهاي خودتنظيم مي­باشد. تعيين چگونگي تغيير مشخصه­هاي سيستم دسته موتور هيدروليكي مستلزم  تعيين پاسخ گذراي سيستم و نحوه تغييرات سختي، دمپينگ و لختي اجزاء منعطف سيستم شامل لاستيك، محفظه­ها و سيال ميان محافظ نسبت به زمان مي باشد.

خودروسازان متوجه دو نوع کلی ارتعاشات نامطلوب وارد بر اتومبيل شده­اند. اولين منبع، خروج از مرکزی موتور می­باشد و شامل فرکانسهای ۲۵ تا ۲۰۰ هرتز با دامنه تحريک کمتر از ۳/۰ ميليمتر می باشد ]۱[. دومين منبع تحريک از ورودی های ناشی از ناهمواريهای جاده و گشتاور موتور در شتابگيری های ناگهانی نتيجه می شود. پستی و بلندی و موانع جاده، نوعی اغتشاش را از طريق سيستم تعليق به بدنه موتور اعمال می کند، در حالی که شتابگيری های شديد باعث اعمال گشتاور زيادی به موتور و درنتيجه اثر آن بر دسته موتورها می شود. فرکانس تحريک اين منبع زير ۳۰ هرتز و دامنه آن بالای ۳/۰ ميليمتر می باشد ]۱[. به طور کل می توان شرايط اعمالی بار را از ديدگاه نويز و ارتعاشات به دو دسته تقسيم کرد:

1. شرايطی که طی آن ارتعاشاتی با فرکانس کم و دامنه ارتعاشی زياد به موتور اعمال می شود و معمولا شرايط جاده، شتابگيری سريع، ترمزهای ناگهانی و تعويض دنده از جمله عوامل ايجاد اين نوع می باشند.
2. ارتعاشات ثانويه که در حين روشن بودن ماشين همواره بر موتور اعمال می شوند، ارتعاشاتی با مقادير فرکانسی زياد و دامنه بسيار کم می باشند. ميزان خروج از مرکزی موتور مهمترين عامل ايجاد اين نوع می باشد.

درنتيجه اتومبيل به منظور رفع آسيبهای ناشی از دو نوع ارتعاش فوق نياز به دو نوع دسته موتور، با عملکرد متفاوت دارد: يکی با سختی و ميرايی زياد برای ارتعاش نوع اول که به نام جاذب شوک (shock absorber) شناخته می­شود و ديگری با سختی و ميرايی کم برای نوع دوم که به نام جداساز ارتعاشی (Isolator) ناميده می­شود. پس مشخصه­های يک دسته موتور ايده­آل بستگی به شرايط دامنه و فرکانس تحريک دارد. يک دسته موتور لاستيکی (معمولی) با مشخصه های خطی نمی­تواند دو هدف فوق را ارضا کند. می­توان چنين استنباط نمود که يک دسته موتور ايده­آل سيستمی است که دارای ميرايی و سختی غيرخطی وابسته به شرايط دامنه و فرکانس تحريک باشد. درنتيجه سختی ديناميکی يک دسته موتور ايده­آل بايستی تا حدودی از نمودار شکل ۱ تبعيت کند]۱[. همانطور که ديده می­شود در فرکانسهای کم نياز به دمپينگ زيادی به منظور جلوگيری از bounce خودرو  (نوعی حرکت عمودی ناگهانی در راستای محور کف تا سقف خودرو) و حفظ پايداری راندن می­باشد. به همين ترتيب در فرکانسهای زياد برای جداسازی ارتعاشی مطلوب  نياز به دمپينگ کم می­باشد تا به موتور لطمه ای وارد نشود. دسته موتور هيدروليکی چنين شرايطی را برای ايده آل سازی يک دسته موتور فراهم می سازد.

پيش­بيني رفتار اين سيستم در بازه فرکانس و دامنه تحريک استاندارد به دليل عملكرد غيرخطي آن از اهميت بسياري برخوردار است و تاکنون مطالعات متعددي در اين زمينه صورت گرفته است. مطالعه و طراحي يك سيستم جامع جهت جداسازي ارتعاشي موتور در بازه گسترده­اي از فركانس و دامنه تحريك توسط Brach و Haddow [1] انجام شده­است.

Kim و Singh [2] در يك تحقيق جامع، پارامترهاي وابسته به زمان را در دسته موتور هيدروليكي شناسايي و معرفي كرده­اند. آنها همچنين مدلي از اين سيستمها را با قابليت تغييرپذيري و كنترل اجزاء، بعنوان دسته موتورهاي گذرا و انطباق­پذير پيشنهاد نموده­اند.

Golnaraghi و Nakhaie [3] در يک مطالعه عددي نشان داده­اند که يک مدل غيرخطي ساده، تا حد خوبي مشخصات سوييچينگ دي­کاپلر را نشان مي­دهد. اما اين مرجع از پيش­بيني دقيق رفتار دي­کاپلر ناتوان است.

آزمايشات Geisberger و همکارانش [۴] بر روي يک سيستم نمونه نشان مي­دهد که در فرکانسهاي بالا رفتار دسته موتور هيدروليكي به شدت غيرخطي مي­گردد که با نتايج تئوري آنها در فرکانسهاي زياد تطابق چنداني ندارد. آنها معادلات مومنتوم سيال ميان دي­كاپلر و باريكه اينرسي را با فرض يك منفذي بودن سيستم در دو حالت تحريك با دامنه كم و زياد، تشكيل داده­اند و بنابراين مدل آنها، بمنظور توجيه رفتار همزمان اجزاء، نامناسب مي باشد. آنها در نتايج خود اشاره نموده­اند كه مدل تشكيل شده، توانايي توصيف رفتار غيرخطي مدل خطي را در فركانس هاي بالاي ۲۵۰ هرتز دارا نمي­باشد. آنها سوييچينگ دي­كاپلر را دليل بر اين امر دانسته­اند.

۱ نويسنده مسئول: بخش مهندسي مکانيک، دانشکده فني و مهندسي، دانشگاه فردوسي مشهد

^۲ بخش مهندسي مکانيک، دانشکده فني و مهندسي، دانشگاه فردوسي مشهد