close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Microsoft Word - afisha-biblioteka;pdf

код для вставкиСкачать
ISSN 2072-9502. Âåñòíèê ÀÃÒÓ. Ñåð.: Óïðàâëåíèå, âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà è èíôîðìàòèêà. 2014. ¹ 2
УДК 629.12.037.4
ББК 34.41
М. Н. Покусаев, К. О. Сибряев, М. М. Горбачёв
ÀÍÀËÈÇ ÑÏÅÖÈÔÈÊÈ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß ÄÅÌÏÔÅÐÎÌ ÄÈÇÅËß
ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÌÎÄÅËÜÍÛÕ ÈÑÏÛÒÀÍÈÉ
ÑÏÅÖÈÀËÜÍÛÕ ÆÈÄÊÎÑÒÍÛÕ ÑÐÅÄ
M. N. Pokusaev, K. O. Sibryaev, M. M. Gorbachev
ANALYSIS OF PECULIARITIES OF DIESEL DAMPER CONTROL
ON THE BASIS OF SPECIAL FLUID MODEL TESTING
Проведены сравнительные испытания демпфера крутильных колебаний на экспериментальном стенде с двумя видами наполнителей – полиметилсилоксановой жидкостью (ПМС)
и магнитной жидкостью (МЖ). Были проведены расчет стенда и испытания на крутильные
колебания и обозначены границы исследований по резонансным частотам 25,6…30,3 Гц.
Для проведения исследований использовались жидкости ПМС-1000 и МЖ-131 с кинематической вязкостью 1000 и 1100 сСт. Получены данные по снижению резонансных напряжений от крутильных колебаний для обеих жидкостей. При использовании ПМС-1000 снижение резонансных напряжений составило 2,68, для МЖ-131 – 2,67, поведение обеих жидкостей представлено в виде графиков. Резонансная частота колебаний при использовании
ПМС-1000 и МЖ-131 составила соответственно 28,6 и 27,8 Гц.
Ключевые слова: демпфер крутильных колебаний; магнитная жидкость; управляемый
демпфер.
The authors conducted comparative testing of torsional vibration dampers on a test bed with
two kinds of fluid – polymethylsiloxane fluid (PMF) and magnetic fluid (MF). The test bed and
tests conducted on torsional vibration were calculated and the boundaries for the research of resonance frequency were marked. For the research, the fluids PMF-1000 and MF-131 with kinematic
viscosities of 1000 and 1100 cSt correspondingly were used. Data for reduction of resonance stress
of torsional vibrations for both fluids were obtained. Using PMF-1000 resulted in the reduction
of stress by 2.68 and 2.67 for MF-131. The behavior of both fluids is presented in graphs. Resonance
frequency of vibrations for using PMF-1000 and MF-131 was 28.6 and 27.8 Hz correspondingly.
Key words: torsional vibration damper, magnetic fluid, controllable damper.
Введение
Изучение крутильных колебаний в судовых валопроводах и поиск решений по их устранению являются актуальной задачей.
Универсального решения по устранению крутильных колебаний нет, поскольку схемы
машинно-движительных комплексов (МДК) судов разнообразны, как и условия их работы. Одним из решений по снижению крутильных колебаний является установка демпфера с наполнителем из силиконовой жидкости. При создании демпфера с изменяемой вязкостью жидкости
наполнителя (вязкость влияет на демпфирующие характеристики) в зависимости от внешнего
воздействия возможно создание автоматизированного универсального демпфера, способного
настраиваться на резонансную частоту колебаний в МДК.
Экспериментальный стенд испытательного центра Marine Technology Service
и система измерения
Нами исследовалось применение магнитной жидкости (МЖ) в демпфере крутильных колебаний, т. е. жидкости, вязкость которой изменяется от воздействия внешнего магнитного поля. Поскольку вязкость наполнителя оказывает влияние на способность демпфера снижать крутильные колебания [1–3], это позволит управлять характеристиками демпфера.
Исследования проводились на экспериментальном стенде в лаборатории испытательного
центра Marine Technology Service (ИЦ MTS) Астраханского государственного технического
университета. Центр и его оборудование имеют аккредитацию Российского морского регистра
судоходства и Российского речного регистра на техническую компетентность в области проведения испытаний МДК на крутильные колебания.
22
Óïðàâëåíèå, ìîäåëèðîâàíèå, àâòîìàòèçàöèÿ
Экспериментальный стенд представлен на рис. 1.
Рис. 1. Состав экспериментального стенда ИЦ MTS: ПТ – привод тахометра;
ГПТ – генератор постоянного тока; ФМ – фланцевая муфта; БМ – большая муфта;
ИК – измерительный комплекс Astech Electronics; ВАЛ – вал; ММ – малый маховик;
ДПТ – двигатель постоянного тока; МД – модельный демпфер
Стенд моделирует крутильные колебания в МДК. Колебания создает двигатель постоянного тока с периодом цикла Тц. Генератор постоянного тока служит для создания тормозного
момента. Для получения больших по величине напряжений стенд построен с применением валов с малым диаметром и большой промежуточной маховой массой, величина крутильных колебаний регистрируется при помощи измерительного комплекса Astech Electronics (рис. 2), который фиксирует растяжение или сжатие тензометрических датчиков.
Рис. 2. Схема расположения элементов измерительного комплекса
Astech Electronics на экспериментальном стенде
Полученные данные рассчитываются в программном комплексе в виде напряжений в МПа.
23
ISSN 2072-9502. Âåñòíèê ÀÃÒÓ. Ñåð.: Óïðàâëåíèå, âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà è èíôîðìàòèêà. 2014. ¹ 2
Исследования модельного демпфера с полиметилсилоксановой жидкостью и магнитной жидкостью
Целью нашего исследования было сравнение результатов применения полиметилсилоксановой жидкости (ПМС) и МЖ в модельном демпфере.
Конструкция модельного демпфера показана на рис. 3.
Рис. 3. Конструкция и параметры модельного демпфера
По методике, изложенной в [1], был произведен расчет стенда на крутильные колебания и
определено место расположения узла при одноузловой форме колебаний.
Далее были определены резонансные частоты колебаний Nр для двух условий: при использовании модельного демпфера без маховика и с застопоренным маховиком. Были проведены эксперименты для подтверждения результатов расчета. Результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значения расчетных и экспериментальных значений частоты колебаний для стенда ИЦ MTS
Состояние
демпфера
Форма
колебаний
Маховик отсутствует
Маховик застопорен
Одноузловая
Одноузловая
Расчетная
резонансная
частота колебаний Nр, Гц
31,87
25,5
Резонансная частота
колебаний
по эксперименту Nр, Гц
30,3
25,6
Разница
по значениям, %
4,9
0,4
Далее нами была поставлена задача по сравнению демпфирования колебаний при применении ПМС и МЖ в модельном демпфере стенда.
В качестве ПМС была использована жидкость ПМС-1000, поскольку в ходе ранее проведенных исследований [2–3] данная жидкость показала эффективное снижение крутильных колебаний, возникающих в стенде. Нами был проведен подбор МЖ в качестве наполнителя для
модельного демпфера. Выбор МЖ проводился по следующим критериям:
− основой для МЖ должна служить ПМС или близкая по своим свойствам полиэтилсилоксановая жидкость (ПЭС);
− вязкость МЖ в состоянии без влияния внешнего магнитного поля должна составлять
порядка 1000–1100 сСт.
После проведения поиска и анализа была выбрана магнитная жидкость МЖ-131 производства ООО «Аквасил» (г. Москва). Характеристики МЖ-131, согласно паспорту качества [4]
и ТУ 2229-001-51032852-2002, и ПМС-1000, согласно [5], приведены в табл. 2.
24
Óïðàâëåíèå, ìîäåëèðîâàíèå, àâòîìàòèçàöèÿ
Таблица 2
Характеристики жидкостей МЖ-131 и ПМС-1000
Показатель
Внешний вид
Плотность при температуре 20 °С, кг/м3
Намагниченность, кА/м
Кинематическая вязкость
при температуре 20 °С, сСт
Токсичность
Состав
Размер частиц магнетика
Значение
Однородная масса черного цвета
Бесцветная прозрачная жидкость
1200–1600
980
10–65
0
1000–1100
950–1050
Нетоксична
70 % – ПЭС, 20 % – ферромагнетик;
10 % – олеиновая кислота
10–15 нм
100 % – ПМС
Нетоксична
–
Далее нами были проведены сравнительные исследования крутильных колебаний на
стенде с демпфером, в котором в качестве наполнителя использовались силиконовая жидкость
ПМС-1000 и магнитная жидкость МЖ-131 (в свободном состоянии – без влияния магнитного
поля).
Параметры стенда при проведении исследований во всех случаях:
− частота вращения вала n = 90–100 об/мин;
− сила тока в ДПТ Iэ = 11,5 А;
− напряжение в ДПТ Uэ = 12 В;
− тормозной момент в ГПТ отсутствовал.
Результаты экспериментов представлены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты экспериментов
Состояние модельного демпфера
Маховик застопорен
МЖ-131
ПМС-1000
Маховик отсутствует
Резонансная частота колебаний Nр, Гц
25,6
27,8
28,6
30,3
Напряжения в валу r, МПа
7,76
3,11
3,1
8,32
Графики развития напряжений представлены на рис. 4.
Без маховика
Застопоренная масса
ПМС-1000
МЖ-131
N, ГЦ
Рис. 4. Графики развития напряжений в валу экспериментального стенда
(N – частота колебаний)
25
ISSN 2072-9502. Âåñòíèê ÀÃÒÓ. Ñåð.: Óïðàâëåíèå, âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà è èíôîðìàòèêà. 2014. ¹ 2
Из графиков видно, что снижение напряжений происходит практически идентично, идентичен также и характер графика развития напряжений при применении ПМС-1000 и МЖ-131.
Это говорит о возможности применения МЖ-131 для снижения крутильных колебаний в жидкостных демпферах. Снижение значений максимальных напряжений при резонансе при применении МЖ-131 составило 2,67, при применении ПМС-1000 – 2,68. Это объясняется тем, что
значения вязкости МЖ-131 и ПМС-1000 практически одинаковы, а их разница не влияет на
демпфирующие характеристики.
Отметим факт, который был выявлен в период исследований: МЖ чрезвычайно пачкает
любые поверхности (что не дает проводить полноценные исследования с использованием прозрачных поверхностей). Это хорошо видно на рис. 5.
Рис. 5. Магнитная жидкость в модельном демпфере
Выводы
Таким образом, согласно результатам исследований:
− применение магнитной жидкости на основе ПЭС позволяет снизить крутильные колебания;
− демпфирующие характеристики демпфера при использовании ПМС-1000 и МЖ-131
практически идентичны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Терских В. П. Крутильные колебания валопровода силовых установок / В. П. Терских. Л.:
Судостроение, 1977. Т. 1–4.
2. Покусаев М. Н. Демпфирование крутильных колебаний в валах судовых дизелей: моделирование,
экспериментальные и натурные исследования / М. Н. Покусаев: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Астрахань, 2005. 40 с.
3. Глухов А. Н. Исследование функциональных свойств силиконовых демпферов судовых дизелей
для решения задач диагностики / А. Н. Глухов: дис. … канд. техн. наук. Астрахань, 2006. 120 с.
4. Паспорт качества на магнитную жидкость МЖ-131. М.: ООО «Аквасил», 2013. 2 с.
5. ГОСТ 13032-77. Жидкости полиметилсилоксановые. М.: Изд-во стандартов, 1997. 16 с.
REFERENCES
1. Terskikh V. P. Krutil'nye kolebaniia valoprovoda silovykh ustanovok [Torsional vibrations of shaft lines
of power installations]. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1977. Vol. 1–4.
2. Pokusaev M. N. Dempfirovanie krutil'nykh kolebanii v valakh sudovykh dizelei: modelirovanie, eksperimental'nye i naturnye issledovaniia. Avtoreferat dis. dok. tekhn. nauk [Damping of torsional vibrations in shafting of marine diesels: modeling, experimental and natural researches. Abstract of dis. doc. tech. sci.]. Astrakhan,
2005. 40 p.
3. Glukhov A. N. Issledovanie funktsional'nykh svoistv silikonovykh dempferov sudovykh dizelei dlia resheniia zadach diagnostiki. Dis. kand. tekhn. nauk [Study of functional properties of silicon dampers of marine diesels for diagnostic tasks solution. Dis. doc. tech. sci.]. Astrakhan, 2006. 120 p.
26
Óïðàâëåíèå, ìîäåëèðîâàíèå, àâòîìàòèçàöèÿ
4. Pasport kachestva na magnitnuiu zhidkost' MZh-131 [Passport of quality for magnetic fluid MF-131].
Moscow, OOO «Akvasil», 2013. 2 p.
5. GOST 13032-77. Zhidkosti polimetilsiloksanovye [State Standard 13032-77. Polymethylsiloxane fluids].
Moscow, Izd-vo standartov, 1997. 16 p.
Статья поступила в редакцию 19.03.2014
ÈÍÔÎÐÌÀÖÈß ÎÁ ÀÂÒÎÐÀÕ
Ïîêóñàåâ Ìèõàèë Íèêîëàåâè÷ – Àñòðàõàíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò; ä-ð òåõí. íàóê, ïðîôåññîð; çàâ. êàôåäðîé «Ýêñïëóàòàöèÿ âîäíîãî òðàíñïîðòà»; [email protected]
Pokusaev Mikhail Nikolayevich – Astrakhan State Technical University; Doctor
of Technical Sciences, Professor; Head of the Department "Operation and Maintenance
of Water Transport"; [email protected]
Ñèáðÿåâ Êîíñòàíòèí Îëåãîâè÷ – Àñòðàõàíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò; êàíä. òåõí. íàóê, äîöåíò; äîöåíò êàôåäðû «Ýêñïëóàòàöèÿ âîäíîãî òðàíñïîðòà»; [email protected]
Sibryaev Konstantin Olegovich – Astrakhan State Technical University; Candidate
of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Operation
and Maintenance of Water Transport"; [email protected]
Ãîðáà÷¸â Ìàêñèì Ìèõàéëîâè÷ – Àñòðàõàíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò; ñòàðøèé ïðåïîäàâàòåëü êàôåäðû «Ýêñïëóàòàöèÿ âîäíîãî òðàíñïîðòà»;
[email protected]
Gorbachev Maxim Mikhailovich – Astrakhan State Technical University; Senior Lecturer
of the Department "Operation and Maintenance of Water Transport"; [email protected]
27
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа