سایت تخصصی دانشجویی مکانیک خودرو

كمك فنر توليد كننده توان (power- generating shock absorber) (pgsa)

كمك فنر الكترومغناطيسي همانند ژنراتور الكترومغناطيسي خطي كه فركانس هاي متغير را تبديل مي كند حركت جابجايي خطي بينابين تكراري را به توان الكتريكي مفيد تبديل مي كند

كمك فنر توليد كننده جريان الكتريكي قابليت و توانايي تبديل كردن حركات جابجايي و ارتعاشات مزاحم بوجود امده در هنگام رانندگي را به انرژي الكتريكي مفيد دارا مي باشد و از ان براي تغذيه وسيله نقليه لوازم جانبي الكتريكي يا شارژ كردن باتري هاي مورد استفاده در خودروهاي الكتريكي يا سوخت فسيلي استفاده مي كند اين وسيله امكان توليد مقدار زيادي توان الكتريكي را به ازاي كمترين وزن تحميلي به خودرو به منظور دستيابي به بهبود بازده سوخت فراهم كرده است همچنين لازم به ذكر است كه اين كمك فنر از نظر شكل محل نصب و روش نصب شرايطي همانند كمك فنر مرسوم و استاندارد دارد

اين كمك فنر در هر وسيله نقليه اي كه مجهز به تكنولوژي تعليق متحرك باشد و از الكتريسيته نيز بهره ببرد قابل نصب است

كمك فنر اتومبيل هاي مرسوم به منظور كنترل خودرو و نگه داشتن تاير بر روي سطح جاده از طريق تبديل انرژي جنبشي به حرارتي اقدام به خفه كردن (ميرا كردن يا مستهلك  كردن ارتعاشات ) حركت تعليق مي نمايند در صورتيكه كمك فنرهاي توليد كننده توان اين انرژي جنبشي را بجاي تبديل به حرارت با استفاده از سيستم الكترومغناطيسي حركت خطي (linear motion electromagnetic system) (lmes) به الكتريسيته تبديل مي كنند

Lmes از توده اي اهن رباي دائمي متراكم جاي گرفته در پيستون اصلي يك سري سيم پيچهاي كويل استاتور با قابليت سوئيچينگ و يكسو كننده و سيستم كنترل الكترونيكي براي مديريت خروجي الكتريكي متغير و بار ميرا شده تشكيل شده است

شفت انتهايي pgsa  كه به عضو متحرك تعليق بسته شده و به رديف هاي اهن ربا براي حركتي متناوب در داخل صفوف حلقه اي سيم پيچهاي استاتور نيرو وارد مي كند باعث توليد جريان متناوبي مي شود كه بعدا بوسيله يكسو كننده تمام موج به جريان مستقيم تبديل شده و باتري هاي خودرو ذخيره مي شود

الكتريسيته كه بوسيله هر كدام از pgsa ها توليد شده است سپس مي تواند با الكتريسيته ساير سيستمهاي توليد كننده توان (نظير ترمزهاي توليد كننده جريان الكتريسيته ) تركيب شده و در باتري هاي وسيله نقليه ذخيره گردد

·         ميرايي قابل تنظيم :

سيستم كنترل الكترونيكي بر نيازها و عملكرد هر يك از تعليق هاي چرخ نظارت داشته و ميزان ميراكنندگي كمك فنر را با سوئيچينگ (قطع و وصل) سريع هر يك از حلقه هاي كويل استاتور تغيير مي دهد . با اين شيوه عملكردي كه مزاياي افزوده بسياري دارد كمك فنر در شرايط هموار رانندگي خيلي نرم عمل مي كند و به محض رسيدن به موقعيت هاي با پيچهاي تند به مانند كمك فنر خودروهاي ورزشي عمل مي نمايد از اينرو كورس هاي رفت و برگشت مي توانند ميرايي متفاوتي را متناسب با احتياجات جاري خودرو داشته باشند اين كمك فنر با اين سطح عملكردي مي تواند بطور قابل دركي بيشتر از 20 وات توان را به ازاي هر چرخ توليد كند البته ميزان توليد توان الكتريكي اين كمك فنر در رانندگي شهري كه با تغييرات مشخصه هاي سطح جاده و توقف حركت هاي پي در پي در ترافيك همراه است نسبت به رانندگي با سرعت ثابت در جاده اي صاف و هموار بيشتر است

كمك فنر مغناطيسي (magneto – rheological( MR 

اين نوع لرزه گير بر پايه تغيير ويسگوزيته مورد استفاده در ان براي تغيير پارامترهاي لرزه گير عمل مي كند .سيال به كار رفته در اين لرزه گير داراي وي‍ژگي لزجت وابسته به ميدان مغناطيسي است .با پيچيدن سيم فلزي دور ميله پيستون لرزه گير و عبور جريان الكتريكي از اين سيم پيچ مي توان ميدان مغناطيسي در محفظه بوجود اورد و با تغيير جريان الكتريسيته , ميدان مغناطيسي و در نتيجه لزجت سيال را تغيير داد . مقدار جريان الكتريسيته سيم پيچ بوسيله واحد كنترل الكتريكي بر مبناي پارامترهاي اندازه گيري شده بوسيله سنسورها محاسبه مي شود

در اين نوع از لرزه گيرها ديگر از دريچه هاي استفاده نمي شود و ارزه گير تنها يك سيلندر و پيستون ساده است . طيف تنظيمات اين نوع لرزه گير خيلي بيشتر از انواع ديگر بوده و همچنين به سبب عدم جريان سيال در انها بسيار كم صدا مي باشد

اصلي ترين سازنده سيستم هاي تعليق بر پايه اين نوع لرزه گير شركت دلفي مي باشد و سيستم تعليق ساخته شده توسط اين شركت تحت نام مگنارايد عرضه مي شود اين سيستم نخستين سيستم تعليق نيمه كنا مي باشد كه در ان هيچ نوع دريچه الكترومكانيكي و همچنين سوپاپ متحرك بكار نرفته است . همانطور كه بيان شد اين سيستم بر پايه كاربرد سيال مگنارايد در لرزه گير طراحي و توليد شده است .

مواد مگنارايد شامل ذرات ميكروسكوپي از جنس مواد نرم مغناطيسي مانند اهن معلق در يك مايع از جنس هيدروكربن هاي مصنوعي مي باشد . هنگامي كه مايع مگنارايد در حالت خاموش قرار داشته باشد و به عبارت ديگر تحت تاثير ميدان مغناطيسي نباشد ذرات از يك الگوي اتفاقي پيروي مي كنند . اما در حالت روشن بودن و يا مغناطيسي شدن از ذرات رشته اي تشكيل ميدهد كه منجر به تبديل وضعيت مايع به حالتي نزديك به پلاستيك مي گردد .

با كنترل جريان عبوري از سيم پيچ الكترومغناطيسي درون لرزه گير مقاومت برشي مايع مگنارايد تغيير مي يابد كه اين امر سبب تغيير ويسگوزيته مايع مي گردد . با كنترل دقيق ميدان مغناطيسي ميتوان ويسگوزيته مايع مگنارايد را ميان كمينه مقدار ان تا حالتي نزديك به صلبيت به دلخواه تغيير داد كه نتيجه ان دست يابي به لرزه گير با تغييرات پيوسته در زمان واقعي خواهد بود

زير بخش هاي سيستم مگنارايد طراحي شده توسط دلفي به قرار زير است

1 – واحد كنترل الكتريكي

2- حسگرها (حسگر زاويه فرمان –حسگر نرخ تغييرات چرخ زني – حسگر اندازه گيري شتاب كناري – حسگر اندازه گيري موقعيت نسبي)

3- راه اندازها شامل چهار لرزه گير مگنارايد براي هر چرخ

4- منبع جريان الكتريكي كه همان باتري است

سيستم اعلام نقص كه در صورت بروز مشكل با روشن شدن چراغي راننده را از وجود اشكال در سيستم تعليق مطلع مي سازد

كمك فنر دو جدارۀ بافشار

كمك فنر دو جدارۀ مجهز به بالشتك گاز

كمك فنر با بالشتك گاز  يك نمونه ويژه از كمك فنر دو جداره است، كه در شركت بوگه و دلكو ساخته مي شود. . كيسه نايلوني G را كه در شكل مي بينيد، در داخل محفظۀ تعادل فشار c قرار مي گيرد. اين كيسه را با گاز سرد كنندۀ خاصي به نام گاز فرئون 13 پر مي كنند. تراكم پذيري آن جابه جايي روغن را هنگام زائد شدن ميلۀ پيستون، امكان پذير مي كند. فضايي را كه خارج از اين كيسه هنگام رانده شدن ميله پيستون، امكان پذير مي كند. فضايي را كه خارج از اين كيسه در داخل محفظۀ تعادل فشار باقي مي ماند، از روغن پر مي كنند. ميلۀ پيستون را كاملاً به سمت بالا مي رانند، سپس فضاي ايجاد شده در محفظۀ فشار را پر مي كنند.

شكل1: كمك فنر دوجدارۀ ساخت شركت بوگه با ميرايي مستقل از راستاي نصب، كه به بالشتك گازي مجهز است. كمك فنر 32/27 T و 50/40T از همين نوع هستند. حتي در شرايط دشوار كاركرد كمك فنر، روغن كف آلود نمي شود، هنگام سكون خودرو نيز، بالشتك گاز از پايين آمدن سطح روغن در مخزن جلوگيري مي كند.

مشكلاتي كه در ابتدا در دوام بالشتك گاز و نفوذ روغن به درون بالشتك وجود داشت، برطرف شده است و امروزه اين نوع كمك فنر تمامي خواسته هايي را كه از كمك فنر متداول خودداري سواري انتظار مي رود، برآورده مي كند. از آنجا كه فشار گاز بالشتك نسبت به كمك فنر با فشار كمتر است. ميرايي اين كمك فنر نسبت به راستاي نصب مستقل است كه اين مزيت بزرگي است. كمك فنر دوجداره را مي توان حداكثر با زاویه جانبي 45 درجه ْ45 =_D ξ نصب كرد، ولي كمك فنر با بالشتك گاز را مي توان با هر زاويه اي، حتي افقي، نصب كرد.

كمك فنر مغناطيسي MR

•         در سيستم تعليق ميزان ميراكنندگي يا به عبارتي مستهلك شدن ارتعاشات مقداري ثابت و امكان مانور بر روي طرح هايي كه بتواند تعادلي را بين راحتي سرنشين از يك طرف و فرمان پذيري خودرو از طرف ديگر ايجاد كنند وجود ندارد در اين سيستم ها هر چند كه خودرو در حين عمليات كاري اش با شرايط مختلفي روبرو مي شود اما سيستم تعليق بر طبق عملكردي ثابت رفتار مي كند و توانايي تطبيق با شرايط مختلف را ندارد و فقط از روي نمودار مشخصي كه در طراحي ان در نظر گرفته شده است پيروي مي كند براي ارتقاي اين نواقص راه كارهاي متفاوتي وجود دارد كه يك از انها استفاده از سيستم تعليق فعال مي باشد اما از انجايي كه اين تعليق هزينه و صرف انرژي زيادي را مي طلبد مي توان راه كارهاي ديگري نيز گشت يكي از اين راه كارها استفاده از كمك فنري است كه ضريب ميراكنندگي متغيري را فراهم مي كند

•         مي دانيم كه ضريب ميراكنندگي كمك فنر به ويسگوزيته روغن داخلش بستگي دارد كه با افزايش دما ويسگوزيته اش و بالطبع ضريب ميرايي اش نيز كاهش مي يابد بنابراين اگر بتوانيم سيالي را در داخل كمك فنر داشته باشيم كه توانايي تغيير پذيري در ويسگوزيته اش را دارا باشد به نتيجه مطلوب كه همان تغيير ميرايي است دست يافته ايم

•         يكي از طرح هايي كه موجود مي باشد استفاده از نوعي سيال به نام magnetorheological  است كه با عنوان مختصر شده MR شناخته مي شود اين سيال در واقع تركيبي از روغن با مقداري ذرات بسيار ريز اهن است هنگامي كه اين سيال درون يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد ذرات ريز اهن تحت تاثير ميدان مغناطيسي بصورت رنجيره اي يه هم چسبيده در ميايند اين در يك راستا قرار گرفتن و منظم شدن ذرات اهن باعث ايجاد ديوارهاي سخت و افزايش ويسگوزيته سيال مي گردد

•         ساختمان اين كمك فنر بسيار شبيه به كمك فنرهاي معمولي مي باشد ميدان مغناطيسي مورد نياز نيز بوسيله چند كويل كوچك در اطراف پيستون كمك فنر قرار گرفته است ايجاد مي شود بطوريكه در زمان عبور سيال از كنار پيستون ميدان مغناطيسي ايجاد شده در ان مقطع از كمك فنر ويسگوزيته سيال را افزايش داده و باعث كند شدن حركت سيال از ميان پيستون مي گردد كه همين امر افزايش ضريب ميرايي را نيز به همراه خواهد داشت

•         تكنولوژي سيال MR

•         سيالات MR نسبت به ميدان مغناطيسي واكنش نشان داده و تغييرات چشمگيري در رفتارشان مشاهده مي گردد اين سيالات مي توانند در زماني كه تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار دارند بصورت برگشت پذيري فورا از حالت مايعي جاري به نيمه جامدي با استحكام و مقاومت قابل نظارت تغيير حالت دهند در صورتيكه در غياب ميدان مغناطيسي اين سيالات بصورت قابل انتظار رفتاري نزديك به سيالات نيوتني از خود نشان مي دهند

•         براي نمونه يك نوع از سيال MR كه تقريبا 20 تا 40 درصد از حجمش خالص است حاوي ذرات اهن با قطر 3 تا 10 ميكرون مي باشد كه در داخل سيالاتي نظير روغن معدني  وروغن مصنوعي , اب يا گليكول پخش شده است همچنين افزودني هاي متنوع اختصاصي هر كارخانه نظير انچه در ساير روانكارهاي تجاري وجود دارد به منظور تنظيمات گرانشي و بالا بردن خاصيت معلق ماندن ذرات اضافه مي گردد

•         سيالات MR كه از ذرات اهن در داخل شان استفاده شده است ماكزيمم استحكام و مقاومتي در حدود 50 تا 100 كيلو پاسكال را در ميدان مغناطيسي اي در حدود 150 تا 250 KA/M از خود نشان داده اند

•         سيالات MR نسبت به رطوبت و الايندهاي كه در حين توليد يا مصرفشان ممكن است داخل انها شده باشد حساس نيستند همچنين به دليل اينكه مكانيزم پلاريزاسيون مغناطيسي متاثر از دما نمي باشد عملكرد دستگاه هايي كه بر اساس تكنولوژي MR بنا شده است نسبت به تغييرات بازه گسترده اي از دما حساس نمي باشد (شامل بازده دمايي موجود در خودرو)

•         اولين حق ثبت اختراع در رابطه با تكنولوژي MR كه به دهه 1940 بر مي گردد مربوط به شخصي به نام جانكوب رابينو است به مدت ده سال بعد از ان اين تكنولوژي به كاربردهاي ازمايشگاهي با مصارف عملي كم محدود شد در دهه 1980و 1990 محققان بسيار جدي براي توسعه و عملي شدن قابليت تجاري سيالات MR شروع بكار كردند كم كم اين محصول وارد بازار شد اين موارد مصرف شامل : تعليق هاي ابتدايي خودرو , سيستم صندلي كاميون , وسايل كنترل با سيم فيدبك لمسي , پنوماتيكي و تخفيف اثرات زمين لرزه مي باشد

روغن كمك فنر

روغن هايي كه در كمك فنر به كار مي روند، روغنهاي معدني رقيق هستند.

شكل1: تغيير نيروي ميرايي با مسافت كاركرد خودرو، با رسم كاهش ميرايي به صورت درصدي از مقادير جديد در سرعتهاي يكسان، مي توان به نمودار بالا دست يافت. منحني A كه در شكل مي بينيد، كاهش ميرايي را بر حسب مسافت كاركرد خودرو نشان مي دهد. اين منحني در اغلب خودروها صدق مي كند، و اين كاهش ميرايي بر اثر خرابي مقاطع گلويي و شيرهايي كه زير پيش تنيدگي فنر قرار دارند، ايجاد مي شود. در سرعت كم كه تنها روزنه هاي ثابت روغن فعال هستند. با افزايش مسافت كاركرد، تغيير ميرايي مي تواند مسيري افزاينده داشته باشد، (منحني B). هنگامي كه روزنه هاي ثابت عبور جريان بر اثر برخورد صفحات شير بسته شوند، حالت ياد شده رخ مي دهد.

بهبود برخي از ويژگيهاي اين روغن، بسته به ساختار و درجه پالايش، مواد افزودني خاصي به روغن خام مي افزايند. مهمترين آنها عبارتند از:

1-پليمرهايي كه در برابر تنش برشي مقاوم هستند و گرانروي را بهبود مي بخشند، براي بهبود رفتار گرانروي- دماي روغن به كار مي روند.

2-بوتيل آمينوليت يا دي الكول ديترفسفات روي (ZDDP) كه براي بهبود مقاومت در برابر سايش، افزايش مقاومت به اكسيداسيون و در نتيجه افزايش طول عمر مفيد روغن استفاده مي شوند.

البته بايد گفت كه هيچ استاندارد عمومي براي روغن كمك فنر وجود ندارد. خودروسازان شرايطي را براي رفتار مطلوب كمك فنر خواستارند. اين شرايط بسته به نوع، ساختار شيرها و اجزاء و مواد تشكيل دهنده قطعات لغزشي در پيستون و راهنما متفاوت هستند، براي دستيابي به اين خواسته ها سازندگان كمك فنر جلسات و مذاكراتي را با توليدكنندگان روغن برگزار مي كنند و شرايط ويژه كاركرد و مشخصات فني را با مشخصات روغن تطبيق مي دهند.

مباحثي كه در اين زمينه مهم هستند، عبارتند از:

q                   رفتار روغن در دماهاي مختلف: براي جلوگيري از سخت شدن كمك فنر در دماي كم و قابليت لغزش قطعات متحرك از يك سو و محدوده ساختن ميزان تبخير روغن در دماي زياد، گرانروي ر وغن بايد زياد باشد.

q                   خواص اصطكاكي: براي رسيدن به اهداف و خواسته هايي چون خوش سواري، بايد طراحي كمك فنر به گونه اي باشد كه نيروي اصطكاك در سطوح لغزشي كمك فنر تا جايي كه مي شود اندك باشد. كيفيت روغن استفاده شده در كمك فنر، اندازۀ ضريب اصطكاك را تعيين مي كند.

q                   سروصداي كاركرد و كمك فنر: براي آن كه سروصداي كاركرد كمك فنر (صداي جريان روغن) اندك باشد. نياز به سازگاري روغن كمك فنر با شيرهاي عبور روغن است.

q                   طول عمر مفيد كمك فنر: خرابي و نارسايي كمك فنر اغلب به علت نشت روغن است، سازگاري روغن هيدروليك با اجزاء آب بندي، در افزايش عمر مفيد كمك فنر، مؤثر است.

شكل 2: نتايج آزمايش  روغن كمك فنر در توليد انبوه، در جدول بالا درصد وزني برخي عناصر مهم و تغييرات گرانروي آن پس از طي مسافت پنجاه هزار كيلومتر (روغن كاركرده) را مي بينيد. اين نتايج نشان مي دهند كه نيروي ميرايي با افزايش طول عمر خودرو، بويژه در دماي پايين افزايش مي يابد.

شكل 3: رفتار و مشخصات گرانروي  برخي از روغن هاي كاركرده كمك فنر و سازه كمك فنر آزمايشهاي بالا در آزمايشگاه كارخانه فيشتل و ساكس انجام گرفته است. اندازه گرانروي (كشش سينماتيكي روغن) بر حسب سانتي استوكس اندازه گيري شده اند. البته براي بيان اندازه گرانروي مي توان از واحد انگلر نيز استفاده كرد.

آزمايش كمك فنر

 آزمايش  بر روي خودرو

 هنوز هم دارندگان خودرو از آزمايش تجربي كمك فنر – يعني نوسان دادن خودرو در جهت عمودي با دست- براي ارزيابي وضعيت سيستم تعليق و آزمايش كمك فنر استفاده مي كنند. اين شيوه آزمايش را خودرو سازان و توليد كنندگان كمك فنر صريحاً رد مي كنند و براي آن دلايل زيادي دارند.

با نوسان دادن خودرو با دست نمي توان به سرعتهاي زياد دست يافت. واكنش به سرعت هاي زياد كه براي ايمني حركت مهم است،‌ در اينجا آزمايش نمي شود. علاوه بر آن به دليل وجود اصطكاك دروني در سيستم  تعليق خودرو ، نتايج به دست آمده چندان قابل اعتماد نيست يا حتي مي توانداشتباه باشد.

پس ازكاركرد زياد خودرو ،‌مفاصل راهنماي تعليق به سختي قادر به حركت هستند،‌زيرا مقدار اصطكاك دروني موجود نسبتاً زياد مي شود در اين صورت اگر كمك فنر به طورموثر عمل نكند، اصطكاك دروني سيستم براي ميرا كردن نوسانات و ارتعاشات در فركانس كم كافي است.

از طرف ديگر ،‌اگر خودرويي را كه مفاصل تعليق روان و كمك فنري با اصطكاك دروني اندك دارد،‌در سرعت كم ،‌بيازمايند. احساس مي كنند كه خودرو به شدت به نوسان در مي آيد        ( حتي هنگامي كه كمك فنر به خوبي عمل مي كند.) دستگاه آزمايش ارتعاشي كه شركت بوگه طراحي و توليد كرده است،‌آزمايش صحيح كمك فنر را ميسر مي كند،‌(شكل1) در اين دستگاه هر دو محور در جهت عمودي و درحالت بحراني به نوسان در مي آيند . هنگام عبور از حالت بحراني ،‌ فركانس تشديد و دامنه بيشينه سيستم تعليق را با واحد ميليمتر اندازه گيري مي كنند. اين مقادير را با حد مجازي كه سازنده خودرو تعيين كرده است،‌مقايسه مي كنند.

مشكلات دستگاه آزمايش ارتعاش عبارتند از:

q              علاوه بر ميرايي كمك فنر، اصطكاك مكانيزم سيستم تعليق (بوشهاي راهنما و مفاصل گويي) نيز در نتايج به دست آمده دخيل هستند. اگر مقدار اصطكاك زياد باشد به اشتباه چنين نتيجه گيري مي شود كه كمك فنر كارآيي لازم را دارد.

q              به دليل محدوديت فركان دستگاه سنجش ارتعاش ، كارايي كمك فنر را فقط در محدوده باريك سرعت مي آزمايد. از اين رو با اين نتايج نمي توان كارايي كمك فنر را در محدوده كاري واقعي ارزيابي كرد.

شكل 1 : دستگاه آزمايش ارتعاش ساخت شركت بوگه. لرزاننده 4 به اندازه دامنه حركت لنگ الكتروموتور در جهت عمودي به نوسان درمي آيد. با قطع كرده (خاموش كردن ) محرك،‌جرم محور از محدوده فركانس تشديد عبور مي كند. به كمك دامنه نوسان در بازه ياد شده مي توان با استفاده از رابطه فيزيكي (كه بين دامنه نوسان و نيروي ميرايي وجود دارد) به مقدار نيروي ميرايي دست يافت و نحوه كاركرد كمك فنر را ارزيابي كرد.

شكل 2:  چرخه آزمايش كمك فنر بر روي دستگاه آزمايش VDA در آزمايش خودكار كمك فنر ،نيروي ميرايي پس ازطي كردن ششمين كورس در سرعت معيني اندازه گيري مي شود. اندازه گيري نيروي ميرايي در ششمين كورس به اين علت است كه بتوان با گذشت پنج كورس قبلي از هواگيري كمك فنر ونيز دقت اندازه گيري سرعت پيستون و نيروي ميرايي اطمينان يافت. از آنجا كه تغيير دادن فركانس و تعداد دور ساده تر از تغيير دادن دامنه نوسان است،‌كورس پيستون برابر با 100 ميليمتر ثابت نگه داشته مي شود.

منبع:http://www.gerdavari.com/