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

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 9807 (2022) Citar este artigo

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, tendo em conta a ligeira inclinação e excentricidade do pistão, foi desenvolvido um modelo matemático mais detalhado para estimar os efeitos da textura do pistão nas características de amortecimento. Com base nos modelos matemáticos de reservatório e curso de compressão acoplados à 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, leve inclinação do pistão, excentricidade do pistão e combinações de três casos são desenvolvidos para analisar detalhadamente 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 poucos efeitos nas características de amortecimento em condições de parâmetros estruturais específicos quando o pistão está em operação normal; no entanto, as texturas do pistão levemente inclinado e excêntrico têm grandes efeitos. Como resultado, as texturas do pistão podem causar alta força de amortecimento, prejudicando o conforto e a segurança. Portanto, é necessário que os efeitos da construção da superfície do pistão sejam previstos com precisão 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 em suspensões de automóveis e sistemas de suspensão de veículos ferroviários1,2 desde a tecnologia madura e custo moderado. Na era contemporânea, assim como para os veículos automobilísticos e ferroviários, o conforto e a segurança recebem atenção especial na busca por 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 projeto tradicional, incluindo a experiência, e depois revisadas e ajustadas através da repetição de experimentos. Levará um longo período e um custo alto. 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 por meio do 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 atrito, e analisaram o efeito dos 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 características dinâmicas em uma ampla faixa de operação. Zhang12 elaborou o princípio de funcionamento da cavidade dupla membranosa com base no amortecedor sensível à amplitude (MASD), seu modelo dinâmico foi derivado combinando a modelagem de primeiro princípio de componentes hidráulicos e a modelagem empírica da válvula membranosa. Ao mesmo tempo, foi analisada a influência da construção do pistão e da válvula padrão no amortecimento dinâmico. Alireza Farjoud13 apresentou modelo não linear de amortecedores hidráulicos monotubos, com 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 superposição da espessura das fatias do acelerador no tamanho da abertura do acelerador foi pesquisado em profundidade. Wang15 estabeleceu um novo modelo de parâmetros completos e revelou as características dependentes do deslocamento não linear dos amortecedores pantográficos ferroviários de alta velocidade. As características de amortecimento são analisadas nas seções transversais internas e nas dimensões dos orifícios da haste pelo modelo de parâmetros completos. Farfan-Cabrera16 contribuiu com uma revisão sobre o estado atual e tendências futuras de melhoria para otimização de componentes tribológicos críticos utilizados em veículos, proporcionando 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 uma modelagem mais precisa e abrangente do amortecedor. Ji17 e Zhang18 criaram um modelo de 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 refletia completamente o efeito da estrutura do pistão (incluindo a morfologia da superfície do pistão) nas características de amortecimento do amortecedor.