Рідинний демпфер

Де́мпфер — пристрій для зменшення розмаху (амплітуди) механічних, електричних та ін. коливань. Працює на принципі поглинання частини енергії коливальної системи.

Рідинний демпфер являє собою лопать, скріплену з коливальною системою і поміщену в посудину з рідиною.

На сьогодні найбільш розповсюдженими рішеннями для пристроїв гасіння коливань є такі, що базуються на застосування в них гідравлічних елементів. Гідравлічні демпфери, на відміну від фрикційних, мають більшу тривалість роботи, більш робочі характеристики та можуть демпфувати коливання невеликої амплітуди.

Особливість гідравлічних пристроїв

Особливістю гідравлічних пристроїв є залежність їх робочих характеристик від температурних умов середовища в якому вони працюють. Це притаманне і рідинним демпферам. Зміна температури викликає зміну в’язкості робочої рідини, що призводить до зміни значень витрат рідини через канали гідроапаратів та перепадів тиску на них.

Принципова схема демпфера 1-робочі лопатки, 2-ємності підпору, 3-дросель, 4-статор

Види рідинних демпферів

Розглянемо такі демпфери:

• На рисунку зображена конструкція демпфера, який містить регулювальний гвинт. За його допомогою змінюється величина опору перетіканню рідини по каналу і таким чином регулюється час заспокоювання.

Рідинний демпфер з регулювальним гвинтом

• В конструкцій, зображеній на рисунку гасіння відбувається за рахунок збільшення сили опору рідини при занурюванні пластин (чим більша глибина занурення, тим більшою буде поверхня контакту пластин з рідиною, а значить збільшується сила опору).

Рідинний демпфер з пластинами

• На рисунку зображена схема рідинного демпфера для гасіння крутильних коливань. Як видно з рисунка, змінюючи форму лопаток, можна регулювати силу опору переміщенню диска в рідині в залежності від напрямку його обертання в коливному процесі, а значить найоптимальніше підбирати необхідні параметри демпфера.

Рідинний демпфер для гасіння крутильних коливань

Принцип роботи рідинних демпферів

Принцип роботи рідинних демпферів полягає в перетворенні енергії механічних коливань в теплову енергію, що відбувається в дроселюючому елементі, що з’єднує робочі камери демпфера. Тому при значній інтенсивності коливань та тривалій роботі демпфера також відбуватиметься зміна температурних умов. У випадку поворотного демпфера зміна температурних умов викликатиме зміну його демпфуючого моменту.

Для забезпечення стабільності необхідних робочих характеристик пристрою в змінних температурних умовах необхідно знати величину змін його показників та враховувати їх при розрахунках. Також слід застосовувати робочі рідини зі стабільними в’язкісно-температурними характеристиками. Експеримпентальне визначення характеристик розроблюваного пристрою вимагає його виготовлення та проведення багатьох експериментів. Для цього потрібно виготовляти зразки, проводити їх експериментальні дослідження, що вимагає матеріальних витрат та часу.

Для дослідження впливу змінних температурних умов на характеристики рідинного неповноповоротного демпфера, була побудована його математична модель, що враховує розміри демпфера, його гідравлічні параметри, характер зовнішнього впливу. Вплив змінних температурних умов задається через зміну температури робочої рідини, і як наслідок, зміну її в’язкості. Для моделювання можна скористатися існуючими елементами моделей, а при відсутності необхідних створити власні.

Фізичні процеси

Для створення моделі пристрою необхідно записати рівняння фізичних процесів,що відбуваються в ньому та їх взаємний вплив. Фізичні процеси, що відбуваються в демпфері можна описати наступними математичними залежностями.

Залежність між кутовою швидкістю та витратою рідини-