دانلود پروژه دسته موتورهای هیدرولیکی

این تحقیق با ارائه مدل ارتعاشی غیرخطی و جامع از دسته موتورهای هیدرولیکی سعی بر ارائه مدل ریاضی کاملی جهت پیش­بینی صحیح رفتار سیستم دارد.

مدل ریاضی سیستم، مدلی غیرخطی بر مبنای پارامترهای متمرکز تعریف­شده می­باشد.

بدین منظور ابتدا معادله کوپله مومنتوم جامع سیستم استخراج شده است.

جهت استخراج معادلات مومنتوم از معادلات حاکم بر سیال و از مفاهیم مکانیک محیط پیوسته استفاده شده و مکانیزم سوییچینگ دی­کاپلر نیز با استفاده از تابع نمایی آرکتانژانت در مدل وارد شده است.

در ادامه، با روش انتگرال­گیری عددی، پاسخ زمانی سیستم در فرکانسها و دامنه­های تحریک استاندارد بررسی شده است.

مدل توانایی توجیه رفتار غیرخطی دسته موتورهای هیدرولیکی را در فرکانسهای زیاد تحریک، داراست.

همچنین علاوه بر نواحی غیرخطی شناخته شده, ناحیه ارتعاشی دیگری نیز شناسایی شده است که منجر به غیرخطی شدن رفتار سیستم می­شود.

نتایج حاضر اصلاح ارزشمندی بر مدلهای موجود با بکارگیری کامل پارامترهای غیرخطی و معادله مومنتوم جامع سیستم می­باشد و رفتار غیرخطی پیش­بینی­شده با نتایج آزمایشگاهی تطابق بیشتری دارد.

دسته موتور هیدرولیکی فصل اول شبیه سازی جامع دینامیکی چکیده: یکی از مهمترین جذب کننده‌های ارتعاشات در خودروها دسته موتور می‌باشد.

این وسیله می‌تواند ارتعاشات موتور را به بدنه و ارتعاشات ناشی از جاده و بدنه را به موتور منتقل نماید.

دسته موتور علاوه بر تحمل ارتعاشات منتقل شده، بایستی وزن موتور و جعبه دنده را نیز تحمل نماید.

بطور کلی دسته موتور قطعه‌ای لاستیکی است که بین شاسی و موتور قرار می‌گیرد..

امروزه جهت بهبود عملکرد ارتعاشی خودرو از نسل جدیدی از دسته موتورها به نام دسته موتورهای هیدرولیکی جهت کاهش ارتعاشات نامطلوب وارد بر سرنشین (ناشی از نامیزانی موتور و ناهمواری جاده) استفاده می­شود.

تغییرپذیری مشخصه های ارتعاشی سیستم در دامنه و فرکانسهای تحریک متفاوت وارد بر موتور خودرو، عامل اصلی محبوبیت این دسته موتورهای خودتنظیم می­باشد.

تعیین چگونگی تغییر مشخصه­های سیستم دسته موتور هیدرولیکی مستلزم تعیین پاسخ گذرای سیستم و نحوه تغییرات سختی، دمپینگ و لختی اجزاء منعطف سیستم شامل لاستیک، محفظه­ها و سیال میان محافظ نسبت به زمان می باشد.

به طور کل می توان شرایط اعمالی بار را از دیدگاه نویز و ارتعاشات به دو دسته تقسیم کرد: 1.شرایطی که طی آن ارتعاشاتی با فرکانس کم و دامنه ارتعاشی زیاد به موتور اعمال می شود و معمولا شرایط جاده، شتابگیری سریع، ترمزهای ناگهانی و تعویض دنده از جمله عوامل ایجاد این نوع می باشند.

2.ارتعاشات ثانویه که در حین روشن بودن ماشین همواره بر موتور اعمال می شوند، ارتعاشاتی با مقادیر فرکانسی زیاد و دامنه بسیار کم می باشند.

میزان خروج از مرکزی موتور مهمترین عامل ایجاد این نوع می باشد.

درنتیجه اتومبیل به منظور رفع آسیبهای ناشی از دو نوع ارتعاش فوق نیاز به دو نوع دسته موتور، با عملکرد متفاوت دارد: یکی با سختی و میرایی زیاد برای ارتعاش نوع اول که به نام جاذب شوک (shock absorber) شناخته می­شود و دیگری با سختی و میرایی کم برای نوع دوم که به نام جداساز ارتعاشی (Isolator) نامیده می­شود.

پس مشخصه­های یک دسته موتور ایده­آل بستگی به شرایط دامنه و فرکانس تحریک دارد.

یک دسته موتور لاستیکی (معمولی) با مشخصه های خطی نمی­تواند دو هدف فوق را ارضا کند.

1- مقدمه امروزه جهت بهبود عملکرد ارتعاشی خودرو از نسل جدیدی از دسته موتورها به نام دسته موتورهای هیدرولیکی جهت کاهش ارتعاشات نامطلوب وارد بر سرنشین (ناشی از نامیزانی موتور و ناهمواری جاده) استفاده می­شود.

خودروسازان متوجه دو نوع کلی ارتعاشات نامطلوب وارد بر اتومبیل شده­اند.

اولین منبع، خروج از مرکزی موتور می­باشد و شامل فرکانسهای 25 تا 200 هرتز با دامنه تحریک کمتر از 3/0 میلیمتر می باشد ]1[.

دومین منبع تحریک از ورودی های ناشی از ناهمواریهای جاده و گشتاور موتور در شتابگیری های ناگهانی نتیجه می شود.

پستی و بلندی و موانع جاده، نوعی اغتشاش را از طریق سیستم تعلیق به بدنه موتور اعمال می کند، در حالی که شتابگیری های شدید باعث اعمال گشتاور زیادی به موتور و درنتیجه اثر آن بر دسته موتورها می شود.

فرکانس تحریک این منبع زیر 30 هرتز و دامنه آن بالای 3/0 میلیمتر می باشد ]1[.

به طور کل می توان شرایط اعمالی بار را از دیدگاه نویز و ارتعاشات به دو دسته تقسیم کرد: شرایطی که طی آن ارتعاشاتی با فرکانس کم و دامنه ارتعاشی زیاد به موتور اعمال می شود و معمولا شرایط جاده، شتابگیری سریع، ترمزهای ناگهانی و تعویض دنده از جمله عوامل ایجاد این نوع می باشند.

ارتعاشات ثانویه که در حین روشن بودن ماشین همواره بر موتور اعمال می شوند، ارتعاشاتی با مقادیر فرکانسی زیاد و دامنه بسیار کم می باشند.

می­توان چنین استنباط نمود که یک دسته موتور ایده­آل سیستمی است که دارای میرایی و سختی غیرخطی وابسته به شرایط دامنه و فرکانس تحریک باشد.

درنتیجه سختی دینامیکی یک دسته موتور ایده­آل بایستی تا حدودی از نمودار شکل 1 تبعیت کند]1[.

همانطور که دیده می­شود در فرکانسهای کم نیاز به دمپینگ زیادی به منظور جلوگیری از bounce خودرو (نوعی حرکت عمودی ناگهانی در راستای محور کف تا سقف خودرو) و حفظ پایداری راندن می­باشد.

به همین ترتیب در فرکانسهای زیاد برای جداسازی ارتعاشی مطلوب نیاز به دمپینگ کم می­باشد تا به موتور لطمه ای وارد نشود.

دسته موتور هیدرولیکی چنین شرایطی را برای ایده آل سازی یک دسته موتور فراهم می سازد.

پیش­بینی رفتار این سیستم در بازه فرکانس و دامنه تحریک استاندارد به دلیل عملکرد غیرخطی آن از اهمیت بسیاری برخوردار است و تاکنون مطالعات متعددی در این زمینه صورت گرفته است.

مطالعه و طراحی یک سیستم جامع جهت جداسازی ارتعاشی موتور در بازه گسترده­ای از فرکانس و دامنه تحریک توسط Brach و Haddow [1] انجام شده­است.

Kim و Singh [2] در یک تحقیق جامع، پارامترهای وابسته به زمان را در دسته موتور هیدرولیکی شناسایی و معرفی کرده­اند.

آنها همچنین مدلی از این سیستمها را با قابلیت تغییرپذیری و کنترل اجزاء، بعنوان دسته موتورهای گذرا و انطباق­پذیر پیشنهاد نموده­اند.

Golnaraghi و Nakhaie [3] در یک مطالعه عددی نشان داده­اند که یک مدل غیرخطی ساده، تا حد خوبی مشخصات سوییچینگ دی­کاپلر را نشان می­دهد.

اما این مرجع از پیش­بینی دقیق رفتار دی­کاپلر ناتوان است.

آزمایشات Geisberger و همکارانش [4] بر روی یک سیستم نمونه نشان می­دهد که در فرکانسهای بالا رفتار دسته موتور هیدرولیکی به شدت غیرخطی می­گردد که با نتایج تئوری آنها در فرکانسهای زیاد تطابق چندانی ندارد.

آنها معادلات مومنتوم سیال میان دی­کاپلر و باریکه اینرسی را با فرض یک منفذی بودن سیستم در دو حالت تحریک با دامنه کم و زیاد، تشکیل داده­اند و بنابراین مدل آنها، بمنظور توجیه رفتار همزمان اجزاء، نامناسب می باشد.

آنها در نتایج خود اشاره نموده­اند که مدل تشکیل شده، توانایی توصیف رفتار غیرخطی مدل خطی را در فرکانس های بالای 250 هرتز دارا نمی­باشد.

آنها سوییچینگ دی­کاپلر را دلیل بر این امر دانسته­اند.

Adiguna و همکارانش [5] نیز در تحقیقات اخیر خود، پاسخ گذرای یک دسته موتور هیدرولیکی را به دو روش تحلیلی و آزمایشگاهی بررسی نموده و رفتار دقیق مکانیزم سوییچینگ دی­کاپلر را توجیه نموده­اند.

نتایج تحلیلی آنها مطابقت بسیار زیادی با نتایج عملکردی دسته موتور هیدرولیکی دارد.

آنها در مقاله خود به بررسی پاسخ فرکانسی تحریک نپرداخته­اند، ولی توانسته­اند با روش تحلیلی انجام شده، حوزه رفتار غیرخطی عملکرد سیستم خطی را در فرکانس­های بالا اثبات کنند.

نمونه بسیار مناسب و قابل قبولی از تحلیل همه جانبه اجزاء یک دسته موتور هیدرولیکی را می توان در مطالعات Shangguan و Lu [6] مشاهده نمود.

آنها با اعمال روش اجزاء محدود بر روی محافظ سیال, منافذ دی­کاپلر و باریکه اینرسی و همچنین لاستیک فوقانی, شرایط ستاپ آزمایشگاهی Geisberger و همکارانش [4] را بصورت مجازی در نرم افزار ADINA شبیه سازی نموده اند.

نتایج ایشان مطابقت خوبی با نتایج آزمایشگاهی در حوزه خطی عملکرد دسته موتور هیدرولیکی دارد.

فرشیدیان­فر و یزدانی­نژاد [7] نیز با مدلسازی غیرخطی پارامترهای سیستم، پاسخ دینامیکی را با دو معادله مومنتوم غیرهمزمان دو منفذ، در شرایط مختلف تحریک استخراج نموده­اند.

معادلات مومنتوم در مقاله ایشان نیز مشابه با مطالعات مرجع [4] در دو تحریک ارتعاشی متفاوت, بصورت دی­کوپله درنظرگرفته شده است.

فرشیدیانفر و یزدانینژاد [7] نیز با مدلسازی غیرخطی پارامترهای سیستم، پاسخ دینامیکی را با دو معادله مومنتوم غیرهمزمان دو منفذ، در شرایط مختلف تحریک استخراج نمودهاند.

معادلات مومنتوم در مقاله ایشان نیز مشابه با مطالعات مرجع [4] در دو تحریک ارتعاشی متفاوت, بصورت دیکوپله درنظرگرفته شده است.

در این مقاله با مدلسازی دقیق پارامترهای غیرخطی یک سیستم نمونه با توجه به مکانیزم سوییچینگ دیکاپلر و با همزمانکردن معادلات مومنتوم دیکاپلر و باریکه اینرسی، برخلاف مدل Geisberger و همکارانش [4] به شبیهسازی رفتار آن در یک کد یکپارچه ANSYS/MATLAB/Simulink پرداخته و پاسخ دینامیکی سیستم را در بازه وسیعی از دامنه و فرکانس تحریک استخراج می نماییم.

معادلات مکانیک محیط پیوسته حاکم بر سیال داخل دو منفذ اعمال شده است [8].

با یافتن تابع انتقال همزمان سیستم خطی، پاسخ فرکانسی در محدوده وسیعی از فرکانس و دامنه تحریک بررسی خواهد شد.

پارامترهای غیرخطی، از نتایج آزمایشگاهی بدست آمده و برای یافتن سختی مختلط ارتعاشی جزء لاستیکی فوقانی از تحلیل هایپرالاستیکANSYS استفاده شده است.

2- دسته موتور هیدرولیکی، تعاریف دسته موتور هیدرولیکی از دو بخش کلی تشکیل شده است؛ بخش لاستیکی اصلی و بخش هیدرولیکی که رفتار دینامیکی مطلوب را حین عملکرد سیستم ایجاد میکند.

شکل (2) اجزاء یک سیستم نمونه را نشان میدهد.

بخش هیدرولیکی شامل دو محفظه پر از سیال میباشد.

این سیال می تواند مخلوطی از ضدیخ با اتیلن گلیکول (Ethylene glycol) باشد.

نکته مهم در انتخاب سیال, تراکمناپذیری, عدم واکنش شیمیایی با اجزاء لاستیکی, فلزی و چسبانندهها و نقطه جوش و فشار کاویتاسیون بالا میباشد.

قسمت تحتانی محفظه پایینی از یک ورق لاستیکی قابل انعطاف تشکیل شده است که هنگام اعمال نیرو به آن منعطف شده و عملکرد یک منبع باز و بسته شونده را به محفظه پایینی می دهد.

محفظه بالایی از زیر خود به وسیله صفحه جداکننده فولادی متشکل از دو کانال عبوری مسدود می شود.

این صفحه به پایه دسته موتور فیکس می شود.

دو محفظه از طریق دو کانال به نامهای باریکه اینرسی و دی کاپلر با هم ارتباط دارند.

گاهی به باریکه اینرسی، کانال دمپینگ نیز گفته می شود.

دیکاپلر یک دیسک لاستیکی صلب می باشد که در محل خود معلق است و می تواند آزادانه در بازه حرکتی خود ( بسته به شرایط اعمالی ) نوسان کند.

اگر یک دسته موتور تنها دارای باریکه اینرسی باشد دمپینگ بسیار زیادی را در فرکانسهای پایین (دامنه تحریک زیاد) به سیستم اعمال میکند، اما در فرکانسهای زیاد (دامنه تحریک کم) درست مانند دسته موتورهای الاستومری دچار مشکل میشود و سختی زیادی را وارد سیستم میکند که در فرکانس بالا نامطلوب میباشد]1[.

برای رفع این مشکل از دیکاپلر استفاده میشود.

دیکاپلر رفتار دسته موتور را وابسته به دامنه تحریک میکند.

این دیسک کوچک که مانند یک پیستون شناور عمل میکند در دامنههای تحریک کم به جریان سیال اجازه عبور میان محفظهها را میدهد که در نتیجه در این شرایط دسته موتور هیدرولیکی تا حدود زیادی مشابه دسته موتورهای لاستیکی عمل میکند.

زیرا مقاومت سیال در رفتار سیستم دخیل نشده و تنها جزء اصلی عملکردی, لاستیک اصلی میباشد.

این امر باعث رفتار دینامیکی دسته موتور با ضریب دمپینگ کم میشود که خصوصیات جداسازی ارتعاشی مطلوبی را در شرایط تحریک با فرکانسهای بالا ( دامنه کم ) سبب میشود.

دامنه تحریک زیاد باعث اشباع عملکرد دیکاپلر شده، کانال آن را بسته و سیال را به سوی باریکه اینرسی هدایت میکند.

مقاومت بسیار زیاد کانال در برابر عبور جریان سیال مشخصههای دینامیکی سیستم را افزایش میدهد.

برای بدست آوردن رفتار دقیق دسته موتور هیدرولیکی در تمامی بازه های فرکانسی تحریک بایستی تمامی اجزای آن را به درستی مدل نمود.

در تحریک با دامنه کم و فرکانس بالا سیال از دیکاپلر عبور میکند و به دلیل مقاومت ناچیز دیکاپلر در برابر عبور آن، سیستم تبدیل به یک دسته موتور معمولی میشود.

در تحریکات با دامنه زیاد، دیکاپلر به بدنه چسبیده و سیال از باریکه اینرسی که مقاومت بالاتری دارد عبور میکند.

این بدین معناست که در فرکانس کم و دامنه تحریک بالا، سختی ارتعاشی دستهموتور افزایش می یابد.

Geisberger و همکارانش [4]، بررسی کاملی از نحوه عملکرد سیستم ارائه کردهاند.

3- مدلسازی دسته موتور شکل (3) مدل پارامتری متمرکز یک دسته موتور هیدرولیکی مجهز به دیکاپلر و باریکه اینرسی را نشان میدهد.

در این مدل kr خصوصیات سختی سازه ای اصلی و br دمپینگ اصلی مربوط به لاستیک اصلی می باشد.

لاستیک فوقانی مانند یک پیستون عمل می کند که با سطح موثر پمپاژ AP، سیال را میان محفظه ها پمپ می کند.

سومین پارامتر، انعطاف پذیری حجمی سیستم، C1، می باشد که سختی ساختاری لاستیکی را وارد سیستم میکند.

باریکه اینرسی کانال طویلی میان محفظه هاست که Ii (اینرسی جرمی سیال داخل کانال که باعث اعمال لختی دینامیکی به سیستم می شود) و Ri (مقاومت کانال در برابر عبور سیال) به عنوان پارامترهای متمرکز معرف این جزء عمل میکنند.

مسیر دیگر عبور سیال، میان محفظه های بالایی و پایینی و از طریق دی کاپلر است.

این منفذ را می توان مانند هر کانال