基于MATLAB/Simulink的减振器热力学特性研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bartech
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本文以双筒式液压减振器为研究对象。阅读国内外文献,对减振器结构、工作原理、产热传热的机理以及传热学的相关知识有了系统充分的了解后,从热力学第一定律出发,从产热和传热两方面进行分析,建立减振器产热和传热过程的数学模型。减振器阻尼力做功,将减振器振动的机械能转化为热能,减振器工作缸及油液吸收热能温度升高。油液在储油缸筒内循环流动,与储油缸筒内壁发生管内强迫对流换热。从储油缸筒内壁到外壁发生固体导热。储油缸筒筒壁温度升高,与外界环境形成温度差。由于减振器在空气中发生垂直于水平位移,空气会横掠与纵掠过减振器外壁,使减振器和空气发生强迫对流换热;同时,减振器还会通过热辐射向大气传递热量。减振器外壁会发生这两种换热方式共同作用的复合换热。减振器热量的来源主要是阻尼力做功。减振器油液的粘度会随着温度升高而降低,使阻尼力下降。为了消除这部分误差的影响,通过减振器台架实验测定了减振器温度从20℃到120℃时减振器输出力随位移变化的曲线,积分得到减振器阻尼力在不同温度下做功的曲线。根据热力学第一定律,产热量与散热量相等,列出减振器热平衡微分方程。在建立了减振器热力学模型后,利用MATLAB/Simulink软件,根据热平衡微分方程编写减振器产热传热过程的SFunction函数,围绕S-Function函数,利用Simulink软件库中的元件,建立减振器热力学仿真模型并进行仿真实验,获得减振器温度变化仿真曲线。此后,进行减振器升温实验,通过FCS试验台提供给定的位移输入,通过温度传感器实时测量减振器温度,分别记录减振器在无风和有风条件下的温度随时间变化曲线,与仿真曲线进行对比,验证了模型的准确性。最后,在Simulink仿真模型中,分别调整减振器长度、外径、外壁厚度、充油量、外壁材料及环境风速等参数,保持其他参数不变,研究这些参数对减振器温度特性的影响规律,可为减振器设计提供理论依据。目前,国内外对减振器的研究领域主要偏重于它的机械阻尼特性,而对其发热问题研究的较少。本文通过建立减振器热力学仿真模型,分析了关键参数对其温度特性的影响规律,可为减振器设计提供理论依据。
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