Efeito da textura do pistão em condições de trabalho de inclinação e excentricidade nas características de amortecimento de um amortecedor hidráulico

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9807 (2022) Citar este artigo

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A fim de prever com precisão as características de amortecimento de um amortecedor hidráulico sob condições de inclinação e excentricidade do pistão, especialmente, considerando os efeitos da construção da superfície do pistão. No presente trabalho, levando em consideração a ligeira inclinação e excentricidade do pistão, um modelo matemático mais detalhado foi desenvolvido para estimar os efeitos da textura do pistão nas características de amortecimento. Com base nos modelos matemáticos de reservatório e curso de compressão, juntamente com a equação de Reynolds, foi desenvolvido um novo modelo de força de amortecimento, que analisou os efeitos da estrutura do pistão nas características de amortecimento. Os modelos matemáticos de textura do pistão, ligeira inclinação do pistão, excentricidade do pistão e combinações de três casos são desenvolvidos para analisar em detalhes os efeitos da textura do pistão em diferentes condições de trabalho nas características de amortecimento. Os resultados mostraram que a força de atrito do pistão aumenta parabolicamente com o aumento da razão de profundidade, e a do pistão aumenta linearmente com o aumento da razão de área. As texturas do pistão têm pouco efeito nas características de amortecimento em condições de parâmetros estruturais específicos durante a operação normal do pistão, no entanto, texturas de pistão ligeiramente inclinado e excêntrico têm grandes efeitos. Como resultado, as texturas do pistão podem causar alta força de amortecimento, conforto e segurança destruídos. Portanto, é necessário que os efeitos da construção da superfície do pistão sejam precisamente previstos nas características de amortecimento sob diferentes condições de trabalho. Os resultados podem fornecer uma nova visão para o projeto de amortecedores hidráulicos e investigação da dinâmica do sistema veicular.

O amortecedor hidráulico de tubo duplo tem sido amplamente utilizado na suspensão de automóveis e no sistema de suspensão de veículos ferroviários1,2 desde a tecnologia madura e custo moderado. Na era contemporânea, assim como no automóvel e nos veículos ferroviários, o conforto e a segurança recebem atenção especial na busca de maior velocidade. As características de amortecimento dinâmico do amortecedor hidráulico têm grande impacto no desempenho dinâmico dos veículos3,4. As características de amortecimento dinâmico dependem da estrutura do amortecedor. No entanto, as estruturas são projetadas pelo método de design tradicional, incluindo experiência, depois revisadas e ajustadas por meio de experimentos repetidos. Levará um longo período e alto custo. As estruturas também são projetadas pelo método de simulação numérica. É preciso, rápido e conveniente. No entanto, o amortecedor geralmente funciona em condições complexas. É difícil obter um desempenho de amortecimento preciso em diferentes condições de trabalho complexas. Portanto, é um importante foco de pesquisa prever com precisão o desempenho do amortecedor pelo método de simulação numérica para projetar estruturas ideais adequadas para condições de trabalho complexas.

As estruturas do amortecedor têm grande impacto nas características de amortecimento dinâmico. Duym5,6 e Yung7 estabeleceram modelagem detalhada, incluindo a estrutura interna e o processo de operação, analisaram o desempenho de absorção de choque na estrutura interna. Besinger8, Berger9 e Lion10 estabeleceram modelos reológicos incluindo amortecedor, mola e fricção, e analisaram o efeito de parâmetros estruturais nas características de amortecimento. Czop11 formulou, derivou e validou o modelo não linear de primeiro princípio, investigou vibrações estruturais nas interações dinâmicas entre elementos de montagem, sistemas de válvulas e o atuador hidráulico do amortecedor e capturou a característica dinâmica em uma ampla faixa operacional. Zhang12 elaborou o princípio de funcionamento da cavidade dupla membranosa com base no amortecedor sensível à amplitude (MASD), seu modelo dinâmico foi derivado combinando modelagem de primeiro princípio de componentes hidráulicos e modelagem empírica de válvula membranosa. Ao mesmo tempo, a influência da construção do pistão e da válvula padrão foi analisada no amortecimento dinâmico. Alireza Farjoud13 apresentou um modelo não linear de amortecedores hidráulicos monotubos e ênfase na estrutura detalhada da pilha de calços e seus efeitos no desempenho geral do amortecedor. Zhou14 estabeleceu um modelo mecânico de fatia de acelerador de anel flexível baseado em princípios mecânicos elásticos. O efeito da espessura das fatias do acelerador de superposição no tamanho da abertura do acelerador foi pesquisado em profundidade. Wang15 estabeleceu um novo modelo de parâmetros completos e revelou as características dependentes de deslocamento não linear de amortecedores de pantógrafo ferroviário de alta velocidade. As características de amortecimento são analisadas nas seções transversais internas e dimensões dos orifícios na haste pelo modelo de parâmetro completo. Farfan-Cabrera16 contribuiu com uma revisão sobre o estado atual e futuras tendências de melhoria para otimização de componentes tribológicos críticos usados ​​em veículos, deu uma compreensão das conquistas mais recentes em termos de soluções tribológicas aplicadas aos componentes críticos. O atrito entre o pistão e o cilindro do amortecedor hidráulico tem um efeito crítico nas características de amortecimento do amortecedor, o que fornece uma direção importante para a modelagem mais precisa e abrangente do amortecedor. Ji17 e Zhang18 criaram um modelo sobre a força de amortecimento que, considerando o atrito entre o pistão e o cilindro, analisou o desempenho de amortecimento do amortecedor. Mas o atrito foi calculado por uma fórmula constante ou empírica, que não pode refletir completamente o efeito da estrutura do pistão (incluindo a morfologia da superfície do pistão) nas características de amortecimento do amortecedor.