Демпфер однотрубний
УДК 621-567.2
І. В. Ночніченко к.т.н., ст.викл.,
В. О. Левченко, студент
1Національний технічний університет України «КПІ ім. І. Сікорського»
ВІЗУАЛІЗАЦІЯ ГІДРОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ В ОДНОТРУБНОМУ ГІДРАВЛІЧНОМУ ДЕМПФЕРІ
Актуальність. Гідравлічні однотрубні демпфери набули широкого розповсюдження в об'єктах віброзахисту машинобудівного комплексу. В порівнянні з двотрубними демпферами вони мають ряд переваг, головною з яких є менша чутливість робочої характеристики до температури та кавітації.Гідродинамічна кавітація в демпферах виникає в наслідок місцевого зниження абсолютного тиску,до тиску насичених парів, в одній з його порожнин.У гідравлічних демпферах і гідропневматичних пристроях підвіски характерна кавітація двох основних типів: об'ємна - в робочій порожнині і струменева - в потоці рідини [1].Принцип роботи однотрубного гідравлічного демпфера базується на поглинанні частини енергії коливань і перетворенні її в теплову за рахунок в'язкого тертя рідини в дроселях.
Одним із застосувань такого демпфера є вузол під ресорювання скутера або мотоцикла. Під час великих швидкостей руху та роботи з великими частотами більше 15 Гц в такому демпфері(в робочій рідині) може виникнути гідродинамічна кавітація. У гідравлічних розрахунках демпферів зазвичай не враховуються можливі порушення суцільності руху рідини, які відбуваються в місцях, де абсолютний тиск падає до тиску насичених парів, що потребує проведення експериментальних досліджень.Візуалізація процесів руху рідини розширить фізику процесу та дасть можливість виявити етапи утворення кавітації та вспінення.
Спрощена конструкція однотрубного гідропневматичного демпфера представлена на мал. 1. Демпфірування досягається за рахунок проходження рідини через калібровані канали та отвори клапанно-дросельного вузла: «стиснення» 1 та «відбою» 2. Обидва клапани розташовано в поршні, а циліндр виконує роль корпусу і циліндра. При поступальному русі штока в низ режим роботи «стиснення» малюнок 1 рідина перетікає з нижньої порожнини А в верхню Б через клапанно-дросельний вузол 1. Режим руху «відбій» поршень рухається вгору, клапан 1 закривається, а рідина перетікає через клапанно-дросельний вузол 2.
Результати. Для імітації робочих процесів у типовому однотрубному демпфері, створено макет (малюнок 2). Для можливості наочного спостереження за робочими процесами гільза демпфера виконана з оргскла. Всі елементи конструкції окрім гільзи використані стандартизовані з демпферу фірми NDT Naidite.
Гідродинамічні процеси можуть імітуватися для різних типів олив з різною в'язкістю. Особливостями запропонованої конструкції демпфера є те що можливо спостерігати гідродинамічні процеси які відбуваються в робочих камерах. Також є можливим додаванням до його конструкції плаваючого поршня, завдяки якому можливо закачати газ під тиском при не допущенні контакту рідини з газом.Для накачки газу під тиском в конструкції передбачений золотник.
Після п'яти поступально зворотних рухів з швидкістю ~0,02 м/с, та переміщенням ± 20 мм робоча рідина піддається дії кавітації і спінюється малюнок 3. Встановлено, що в процесі дроселювання та зусиллю у 100Н утворюється двофазний потік, який характеризується значним вспіненням рідини на виході в робочих камерах рисунок 3.Утворення в робочій рідині двох фаз змінює її модуль пружності, густину.
Цей процес негативно впливає на його роботу тому, що бульбашки повітря на відміну від рідини являються стисливими і через це вони стискаються до того як рідина перетече з одної порожнини в іншу. Це призводить до зменшення зусилля опору демпфірування та в деяких випадках до провалів робочої характеристики.
Шляхами боротьби з кавітацією є додавання плаваючого поршня під який закачується газ здебільшого азот під тиском від 10 до 20 атмосфер, що покращує характеристики робочої рідини при тепловому розширенні і зменшує ймовірності утворення кавітації.
Розміри кавітаційних порожнин можуть істотно залежати від кавітаційного числа Тома. Для визначення критичних значень параметрів току (тисків та швидкостей), при яких починається струминна кавітація, використовують безрозмірне число Тома[1]:
Де p1, v1 - значення тиску та швидкості в вирахуваному перетині потоку(наприклад, на вході у впускний клапан), p2 - тиск насичених парів рідини при певній температурі навколишнього середовища; 𝜌 - густина робочого середовища.
З проведених дослідів виявлено, що при роботі демпферу має місце в області пониженого тиску утворення порожнин заповнених парою рідини. Встановлено, що при перепаді тиску 100 Н утворюється двофазний потік, який характеризується появою бульбашок діаметром від 0,01 мм до 0,5 мм. Останнє є причиною змін характеристики демпфера в процесі його роботи.
Література
1. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. [2 изд. перераб. и доп.] / А.Д. Дербаремдикер. — М.: Машиностроение, 1985 г. —200 с.
Demp_kav.mp4VID_20161103_122451399.mp4