Магнитный амортизатор

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к амортизационным устройствам и средствам виброзащиты оборудования.
Известно, предназначенное для гашения вертикальных колебаний устройство -пневматическая магнитная подвеска [патент РФ №2437009, опубликовано 20.12.2011 г.], которое содержит резинокордовую оболочку с крышкой, образующую основную рабочую полость, размещенную в цилиндрическом корпусе, и дополнительную емкость под основной полостью, а также разделяющую их перегородку с электромагнитным клапаном. Клапан управляется специальной управляющей системой. Внутри основной рабочей полости на крышке расположены постоянные магниты, обращенные одноименными полюсами к таким же магнитам, укрепленным на перегородке.
Подвеска устанавливается между подрессоренной и неподрессоренной частями амортизируемого объекта. При вертикальных колебаниях крышки объем воздуха в основной полости периодически меняется, и для уменьшения энергии возвратного движения крышки, перед тем, как она пойдет вверх, система управления открывает электромагнитный клапан в перегородке, и сжатый воздух перетекает в дополнительную емкость. Таким образом, достигается демпфирование колебаний. Магниты на крышке и перегородке при своем сближении на близкое расстояние одноименными полюсами отталкиваются и тормозят движение крышки, и вследствие этого способствуют демпфированию колебаний.
Недостатком этого устройства является усложненность его конструкции и необходимость в специальном алгоритме функционирования, связанном с управлением электромагнитным клапаном. В пневматической магнитной подвеске основным рабочим процессом является сжатие воздуха в рабочей полости и перетекание его сквозь клапан, а взаимодействие магнитов играет при этом относительно незначительную вспомогательную роль.
Между тем, главными достоинствами демпферов с постоянными магнитами являются простота их конструкции, отсутствие внешних источников энергии и необходимости в управлении их работой.
Известен также магнитный амортизатор, [патент РФ №2298118, опубликован 27.04.2007 г, Бюл. №12], принятый за прототип. Магнитный амортизатор содержит полый цилиндрический корпус, закрытый с обеих сторон крышками, одна из которых имеет отверстие, в которое пропущен шток с укрепленным на конце поршнем в форме круглой магнитной шайбы с калиброванными каналами. К противоположной крышке прикреплена неподвижная круглая магнитная шайба. Внутри корпуса расположен ряд идентичных магнитных шайб, каждая из которых имеет сквозные калиброванные каналы. Магнитные шайбы ориентированы в корпусе так, что векторы магнитной индукции параллельны оси цилиндра, причем любые две смежные шайбы обращены одноименными полюсами друг к другу и поэтому отталкиваются. В результате шайбы равномерно располагаются по длине цилиндрического корпуса. При движении поршня внутрь цилиндра силы отталкивания между магнитными шайбами играют роль сил упругости и вместе с перетекающим сквозь калиброванные отверстия воздухом и трением шайб о стенки цилиндра демпфируют колебания поршня и соединенного с ним через шток амортизируемого объекта.
Наряду с достоинствами описанного магнитного амортизатора (простотой конструкции, надежностью и долговечностью) следует отметить, что демпфирующие возможности его конструкции использованы недостаточно. А именно, не созданы условия для диссипации магнитного поля в конструкции магнитного амортизатора.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание магнитного амортизатора с повышенной эффективностью демпфирования колебаний. Поставленная задача решается тем, что в магнитном амортизаторе корпус, крышка и шток изготавливают из ферромагнитного материала (в прототипе заявлено, что эти части конструкции изготавливаются из немагнитного материала) и внутрь цилиндрического корпуса вставляют цилиндрический вкладыш из металла с высокой удельной электропроводностью. Таким образом, круглые магнитные шайбы совершают движение внутри вкладыша, а созданные ими магнитные потоки пронизывают вкладыш и далее распространяются по ферромагнитному корпусу.
На фиг. 1 изображена схема магнитного амортизатора. На рисунке обозначено: 1 - корпус; 2 - магнитные шайбы; 3 - вкладыш; 4 - шток; 5- крышка. Пунктиром показаны силовые линии магнитного поля.
Предложенный магнитный амортизатор работает следующим образом. Так как магнитные шайбы отталкиваются друг от друга, то при движении штока, присоединенного к амортизируемому объекту, по направлению внутрь цилиндра все магнитные шайбы оказывают механическое сопротивление движению амортизируемого объекта. Поскольку магнитные шайбы движутся относительно вкладыша, то созданный ими магнитный поток, пересекая вкладыш, генерирует в нем ЭДС индукции. В изготовленном из металла с высокой электропроводностью вкладыше течет значительный по величине короткозамкнутый ток в направлении, перпендикулярном образующей цилиндра. В результате взаимодействия тока и магнитного поля возникает сила Ампера, также направленная против движения штока и пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля.
Благодаря тому, что в предложенном магнитном амортизаторе крышка, корпус и шток изготовлены из ферромагнитного материала, они образуют своеобразный магнитопровод для магнитного потока, созданного магнитными шайбами, и индукция в зазорах между магнитными шайбами увеличивается по сравнению с прототипом. Повышенная эффективность гашения колебаний амортизируемого объекта в данном магнитном амортизаторе является результатом создания магнитопровода и использования вкладыша из металла с высокой электропроводностью.