Effetto della struttura del pistone in condizioni di lavoro di inclinazione ed eccentricità sulle caratteristiche di smorzamento di un ammortizzatore idraulico

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 9807 (2022) Citare questo articolo

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Per prevedere con precisione le caratteristiche di smorzamento di un ammortizzatore idraulico in condizioni di inclinazione ed eccentricità del pistone, in particolare considerando gli effetti della costruzione della superficie del pistone. Nel presente lavoro, tenendo conto della leggera inclinazione ed eccentricità del pistone, è stato sviluppato un modello matematico più dettagliato per stimare gli effetti della struttura del pistone sulle caratteristiche di smorzamento. Sulla base dei modelli matematici del serbatoio e della corsa di compressione abbinati all'equazione di Reynolds, è stato sviluppato un nuovo modello di forza di smorzamento, che ha analizzato gli effetti della struttura del pistone sulle caratteristiche di smorzamento. I modelli matematici di struttura del pistone, leggera inclinazione del pistone, eccentricità del pistone e combinazioni di tre casi sono sviluppati per analizzare in dettaglio gli effetti della struttura del pistone in diverse condizioni di lavoro sulle caratteristiche di smorzamento. I risultati hanno mostrato che la forza di attrito del pistone aumenta parabolicamente all'aumentare del rapporto di profondità, e quella del pistone aumenta linearmente all'aumentare del rapporto di area. Le strutture dei pistoni hanno pochi effetti sulle caratteristiche di smorzamento in condizioni di parametri strutturali specifici durante il normale funzionamento del pistone, tuttavia, le strutture del pistone leggermente inclinato ed eccentrico hanno grandi effetti. Di conseguenza, la struttura dei pistoni potrebbe causare un'elevata forza di smorzamento, compromettendo comfort e sicurezza. Pertanto, è necessario che gli effetti della struttura della superficie del pistone siano stati previsti con precisione sulle caratteristiche di smorzamento in diverse condizioni di lavoro. I risultati potrebbero fornire nuove informazioni per la progettazione di ammortizzatori idraulici e per lo studio della dinamica del sistema del veicolo.

L'ammortizzatore idraulico a doppio tubo è stato ampiamente utilizzato nelle sospensioni automobilistiche e nei sistemi di sospensione dei veicoli ferroviari1,2 grazie alla tecnologia matura e ai costi moderati. Nell'età contemporanea, come per l'automobile e il veicolo ferroviario, si presta particolare attenzione al comfort e alla sicurezza pur perseguendo una maggiore velocità. Le caratteristiche di smorzamento dinamico dell'ammortizzatore idraulico hanno un grande impatto sulle prestazioni dinamiche dei veicoli3,4. Le caratteristiche di smorzamento dinamico dipendono dalla struttura dell'ammortizzatore. Tuttavia, le strutture sono progettate secondo il metodo di progettazione tradizionale che include l'esperienza, quindi riviste e adattate ripetendo gli esperimenti. Ci vorrà un lungo periodo e costi elevati. Le strutture sono progettate anche mediante il metodo della simulazione numerica. È preciso, veloce e conveniente. Tuttavia, l'ammortizzatore funziona solitamente in condizioni complesse. È difficile ottenere prestazioni di smorzamento precise in diverse condizioni di lavoro complesse. Pertanto, è un importante obiettivo di ricerca prevedere con precisione le prestazioni dell'ammortizzatore mediante il metodo di simulazione numerica per progettare strutture ottimali adatte a condizioni di lavoro complesse.

Le strutture dell'ammortizzatore hanno un grande impatto sulle caratteristiche di smorzamento dinamico. Duym5,6 e Yung7 hanno stabilito una modellazione dettagliata che comprende la struttura interna e il processo operativo, analizzando le prestazioni di assorbimento degli urti sulla struttura interna. Besinger8, Berger9 e Lion10 hanno stabilito un modello reologico comprendente buffer, molla e attrito e hanno analizzato l'effetto dei parametri strutturali sulle caratteristiche di smorzamento. Czop11 ha formulato, derivato e convalidato il modello non lineare del primo principio, ha studiato le vibrazioni strutturali sulle interazioni dinamiche tra gli elementi di montaggio, i sistemi di valvole e l'attuatore idraulico dell'ammortizzatore e ha catturato le caratteristiche dinamiche su un ampio intervallo operativo. Zhang12 ha elaborato il principio di funzionamento della doppia cavità membranosa basato su uno smorzatore sensibile all'ampiezza (MASD), il suo modello dinamico è stato derivato combinando la modellazione del primo principio dei componenti idraulici e la modellazione empirica della valvola membranosa. Allo stesso tempo è stata analizzata l'influenza della struttura del pistone e della valvola sullo smorzamento dinamico. Alireza Farjoud13 ha presentato un modello non lineare di ammortizzatori idraulici monotubo e ha posto l'accento sulla struttura dettagliata degli spessori e sui loro effetti sulle prestazioni complessive dell'ammortizzatore. Zhou14 ha stabilito un modello meccanico di fetta-acceleratore ad anello flessibile basato su principi meccanici elastici. L'effetto della sovrapposizione dello spessore delle sezioni della valvola a farfalla sulla dimensione dell'apertura della valvola a farfalla è stato studiato in modo approfondito. Wang15 ha creato un nuovo modello a parametri completi e ha rivelato le caratteristiche dipendenti dallo spostamento non lineare degli smorzatori a pantografo ferroviario ad alta velocità. Le caratteristiche di smorzamento vengono analizzate sulle sezioni trasversali interne e sulle dimensioni degli orifizi nell'asta mediante il modello a parametri completi. Farfan-Cabrera16 ha contribuito con una revisione dello stato attuale e delle tendenze di miglioramento future per l'ottimizzazione dei componenti tribologici critici utilizzati nei veicoli, fornendo una comprensione dei risultati più recenti in termini di soluzioni tribologiche applicate ai componenti critici. L'attrito tra il pistone e il cilindro dell'ammortizzatore idraulico ha un effetto critico sulle caratteristiche di smorzamento dell'ammortizzatore, il che fornisce una direzione importante per la modellazione più precisa e completa dell'ammortizzatore. Ji17 e Zhang18 hanno creato un modello sulla forza di smorzamento che, considerando l'attrito tra il pistone e il cilindro, ha analizzato le prestazioni di smorzamento dell'ammortizzatore. Ma l'attrito veniva calcolato con una formula costante o empirica, che non poteva riflettere completamente l'effetto della struttura del pistone (inclusa la morfologia della superficie del pistone) sulle caratteristiche di smorzamento dell'ammortizzatore.