경사 및 편심 작업 조건에 따른 피스톤 질감이 유압식 완충 장치의 감쇠 특성에 미치는 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9807(2022) 이 기사 인용

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피스톤 경사 및 편심 조건에 따른 유압식 완충 장치의 감쇠 특성을 정확하게 예측하기 위해, 특히 피스톤 표면 구조의 영향을 고려합니다. 현재 연구에서는 피스톤의 약간의 경사와 편심을 고려하여 피스톤 질감이 감쇠 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해 보다 상세한 수학적 모델이 개발되었습니다. 레이놀즈 방정식과 결합된 저장소 및 압축 행정의 수학적 모델을 기반으로 피스톤 구조가 감쇠 특성에 미치는 영향을 분석하는 새로운 감쇠력 모델이 개발되었습니다. 피스톤 질감, 피스톤 약간의 경사, 피스톤 편심 및 세 가지 경우의 조합에 대한 수학적 모델을 개발하여 다양한 작업 조건에서 피스톤 질감이 댐핑 특성에 미치는 영향을 자세히 분석했습니다. 그 결과, 피스톤의 마찰력은 깊이비가 증가함에 따라 포물선형으로 증가하고, 피스톤의 마찰력은 면적비가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 나타났습니다. 피스톤 질감은 피스톤이 정상 작동할 때 특정 구조 매개변수 조건에서 감쇠 특성에 거의 영향을 미치지 않지만 약간 기울어지고 편심된 피스톤의 질감은 큰 영향을 미칩니다. 결과적으로 피스톤 텍스처는 높은 감쇠력을 유발하고 편안함과 안전성을 파괴할 수 있습니다. 그러므로 다양한 작업 조건에서 피스톤 표면 구조의 영향이 감쇠 특성에 미치는 영향을 정확하게 예측하는 것이 필요합니다. 결과는 유압 충격 흡수 장치 설계 및 차량 시스템 동역학 조사에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다.

이중 튜브 유압 충격 흡수 장치는 성숙한 기술과 적절한 가격으로 인해 자동차 서스펜션 및 철도 차량 서스펜션 시스템1,2에 널리 사용되었습니다. 현대는 자동차와 철도차량에 있어서 보다 빠른 속도를 추구하면서도 편안함과 안전성에 특별한 관심을 기울이고 있습니다. 유압식 충격 흡수 장치의 동적 감쇠 특성은 차량의 동적 성능에 큰 영향을 미칩니다3,4. 동적 감쇠 특성은 충격 흡수 장치의 구조에 따라 달라집니다. 그러나 구조는 경험을 포함한 전통적인 설계 방식으로 설계되었으며, 실험을 반복하여 수정 및 조정되었습니다. 오랜 기간과 높은 비용이 소요됩니다. 구조물은 또한 수치 시뮬레이션 방법으로 설계되었습니다. 정확하고 빠르며 편리합니다. 그러나 충격 흡수 장치는 일반적으로 복잡한 조건에서 작동합니다. 다양하고 복잡한 작업 조건에서는 정확한 감쇠 성능을 얻는 것이 어렵습니다. 따라서 복잡한 작업 조건에 적합한 최적의 구조를 설계하기 위해 수치 시뮬레이션 방법을 통해 완충 장치의 성능을 정확하게 예측하는 것이 중요한 연구 초점입니다.

충격 흡수 장치의 구조는 동적 감쇠 특성에 큰 영향을 미칩니다. Duym5,6, Yung7은 내부 구조와 작동 과정을 포함한 세부 모델링을 구축하고 내부 구조에 대한 충격 흡수 성능을 분석했습니다. Besinger8, Berger9 및 Lion10은 완충, 스프링 및 마찰을 포함한 유변학적 모델을 구축하고 구조 매개변수가 감쇠 특성에 미치는 영향을 분석했습니다. Czop11은 제1원리 비선형 모델을 공식화, 도출 및 검증했으며, 장착 요소, 밸브 시스템 및 충격 흡수 장치의 유압 액추에이터 간의 동적 상호 작용에 대한 구조적 진동을 조사하고 넓은 작동 범위에서 동적 특성을 포착했습니다. Zhang12은 진폭 감지 댐퍼(MASD)를 기반으로 하는 멤브레인 이중 공동의 작동 원리를 자세히 설명했으며, 그 동적 모델은 유압 구성 요소의 첫 번째 원리 모델링과 멤브레인 밸브의 경험적 모델링을 결합하여 파생되었습니다. 동시에 피스톤과 패턴 밸브 구성이 동적 감쇠에 미치는 영향을 분석했습니다. Alireza Farjoud13는 모노튜브 유압 댐퍼의 비선형 모델을 제시하고 심 스택의 세부 구조와 전체 댐퍼 성능에 미치는 영향을 강조했습니다. Zhou14는 탄성 기계적 원리를 기반으로 유연한 링 스로틀 슬라이스의 역학 모델을 확립했습니다. 스로틀 개방 크기에 대한 중첩 스로틀 슬라이스 두께의 효과가 깊이 연구되었습니다. Wang15는 새로운 전체 매개변수 모델을 확립하고 고속철도 팬터그래프 댐퍼의 비선형 변위 의존 특성을 밝혔습니다. 감쇠 특성은 전체 매개변수 모델을 통해 로드 내부 단면 및 오리피스 치수에 대해 분석됩니다. Farfan-Cabrera16은 차량에 사용되는 중요한 마찰공학 구성요소의 최적화를 위한 현재 상태와 미래 개선 추세에 대한 검토에 기여했으며, 중요한 구성요소에 적용된 마찰공학 솔루션 측면에서 가장 최근 성과에 대한 이해를 제공했습니다. 유압식 충격 흡수 장치의 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 충격 흡수 장치의 감쇠 특성에 중요한 영향을 미치며, 이는 충격 흡수 장치의 보다 정밀하고 포괄적인 모델링에 중요한 방향을 제공합니다. Ji17과 Zhang18은 피스톤과 실린더 사이의 마찰을 고려한 감쇠력 모델을 설정하고 충격 흡수 장치의 감쇠 성능을 분석했습니다. 그러나 마찰은 충격 흡수 장치의 감쇠 특성에 대한 피스톤 구조(피스톤 표면 형태 포함)의 영향을 완전히 반영할 수 없는 상수 또는 경험적 공식으로 계산되었습니다.