К ПРИМЕНЕНИЮ НЕОДИМОВЫХ МАГНИТОВ В ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ НА ТРАНСПОРТЕ

Колинченко Артем Олегович

Бакин Сергей Сергеевич

Бондаренко Олег Николаевич

Батурин Данил Евгеньевич

Сергеев Андрей Анатольевич

студенты кафедры «Электротехнические комплексы» ФМА 4 курс ФГБОУ ВПО «НГТУ», г. Новосибирск

E-mail: z-e-n-y-6625@mail.ru, algebraloid777@inbox.ru

Гурова Елена Геннадьевна

научный руководитель, канд. тех. наук, доцент кафедры «Электротехнические комплексы» ФМА ФГБОУ ВПО «НГТУ»

Сегодня снижение уровней вибрационных колебаний в промышленности, на любом виде транспорта, на производстве является одной из самых актуальных задач, на решение которой направлены усилия не одного научного коллектива. Вибрация вредно влияет на надежность и работоспособность различных устройств, приводят к поломкам и нередко механические колебания становятся причиной аварий. Но особенно негативно вибрация влияет на человека, вызывая различные заболевания. Cуществует достаточно много средств снижения уровней вибрации: пассивные и активные виброзащитные устройства, динамические гасители колебаний и другие средства защиты от вибраций. Однако наиболее перспективным методом снижения уровней вибрации является применение виброизолирующих устройств с плавающим участком нулевой жесткости. Принцип действия таких устройств заключается в следующем: при ограниченном ходе виброизолирующего хода подвески H и при заданном диапазоне изменения усилий от P_min до P_max, передаваемых от защищаемого вибрирующего объекта, силовые характеристики таких устройств представляют собой бесконечное множество отрезков прямых, равных по длине размаху колебаний, параллельных оси абсцисс, и расположенные своими серединами на отрезке АВ, угол наклона, которого равен жестокости подвески (см. рисунок 1) [4].

Рисунок 1. Силовая характеристика перестраивающегося виброизолирующего механизма

Получить участок силовой характеристики с нулевой жесткостью можно путем включения параллельно упругому элементу специального устройства, называемого компенсатором или корректором жесткости с падающей силовой характеристикой. Суммарная характеристика виброизолятора с компенсатором жесткости показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Характеристика виброизолятора

с компенсатором жесткости:

1 — упругого элемента; 2 — компенсатора жесткости;

3 — виброизолятора

В качестве компенсатора жесткости предлагались различные варианты конструкции: механические, гидравлические и т. д.

Одним из самых эффективных виброизоляторов является устройство с электромагнитным компенсатором жесткости [1, 2]. Это устройство основывается на общем принципе работы виброизоляторов, то есть, параллельно упругому элементу включается компенсатор жесткости, у которых силовые характеристики имеют одинаковую жесткость и противоположные знаки, следовательно, при их суммировании получается характеристика параллельная оси абсцисс, то есть, с нулевой жесткостью. Электромагнитный компенсатор жесткости представляет собой 2 встречно включенных электромагнита постоянного тока, их суммарная силовая характеристика имеет отрицательный коэффициент жесткости, величина которого может меняться в зависимости от подаваемого напряжения, расстояния между полюсами электромагнитов, конструктивных параметров. Виброизолирующее устройство с таким компенсатором жесткости обладает рядом преимуществ по сравнению с применением механических компенсаторов. Однако габариты данного устройства и необходимость в постоянном источнике питания не всегда соответствуют установленным требованиям.

Поэтому предлагается спроектировать компенсатор при использовании супермагнитов (неодимовых магнитов) [4] для исключения вибрации на транспорте, где ограниченное место для установки виброизоляторов. Супермагниты по создаваемому усилию очень эффективны в сравнении с электромагнитами постоянного тока и постоянными магнитами. При том, что супермагниты создают достаточное усилие, габариты их очень малы.

Для расчета были приняты условия, сила магнита, сила сцепления магнита, условная сила — величина, характеризующая силу взаимодействия магнита с другим магнитом, или предметом, обладающим магнитной восприимчивостью. Она показывает, какое внешнее усилие нужно приложить, чтобы отсоединить магнит от магнита или магнитовосприимчевого материала, т. е. равна силе, которая позволит принять массу объекта, которая приближена к цифровому значению силы магнита. Расчетная сила магнита должна измеряется при сцеплении двух абсолютно одинаковых магнитов, при равномерном действии друг на друга (то есть при одинаковых усилия), четко определенном расстоянии между магнитами и при оптимальных условиях окружающей среды. Чтобы рассчитать, какое может создать усилие магнит или какая сила сцепления между магнитами или другим материалом нужно знать магнитные характеристики магнита или материал, с которым взаимодействует магнит, магнитную восприимчивость этого материала, объем и форму «сцепляемого» предмета, чистоту обработки поверхности, угол приложения усилий. Сила магнита — это условная величина, так как не имеет под собой практической основы и носит сугубо математический расчет. Как правило, нужно учитывать максимальные расчетные величины взаимодействия двух магнитов [4]. Основным критерием силы или мощности магнита остается магнитная индукция материала, из которого изготовлен магнит, соединенная с объемом магнитного материала (размер магнита).

Многие магниты теряют со временем свои магнитные свойства. Неодимовые магниты очень стойкие. Их практически невозможно размагнитить или перемагнитить. В этом смысле они «боятся» только высоких температур, свыше 80—90 градусов Цельсия. В противоположность им магниты альнико выдерживают довольно высокую температуру, но очень легко перемагничиваются под воздействием внешнего магнитного поля. Стронциевые магнитопласты также подвержены пере — и размагничиванию. С помощью мощного неодимового магнита можно легко намагнитить как такие магниты, так и превратить в довольно сильный магнит любой предмет из твердой стали — отвертку, нож, иглу, напильник.

В результате научных исследований, можно сказать, что применение в виброизолирующих устройствах неодимовых супермагнитов является целесообразным, так как усилие супермагнитов значительно выше применяемых ранее в конструкции компенсатора жесткости электромагнитов постоянного тока, причем габариты супермагнитов значительно меньше. Это позволит уменьшить размеры виброизолирующих устройств и упростит их установку на любом виде транспорта, в промышленности, на производстве. Полная разработка конструкции виброизолирующего устройства с неодимовыми супермагнитами требует дальнейших исследований.

Список литературы:

1.Гурова Е.Г. Виброизолирующая подвеска судовой энергетической установки с нелинейным электромагнитным компенсатором жесткости / диссертация канд. техн. наук / Елена Геннадьевна Гурова // / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. — Новосибирск, 2008. — 198 с.

2.Гурова Е.Г. Результаты испытаний виброизолятора с автоматически перестраивающимся электромагнитным компенсатором жёсткости [Текст] / В.Ю. Гросс, Е.Г. Гурова // Дизельные энергетические установки речных судов: сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. — Новосибирск, 2009. — С. 67—69.

3.Зуев А.К. Основные положения теории виброизоляции произвольных пространственных колебаний [Текст] / А.К. Зуев // Снижение вибрации на судах: сб. науч. тр. / Новосиб. ин-т инженеров вод. трансп. — Новосибирск, 1991. — С. 4—17.

4.Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты [Текст] : учеб. пособие / А.Г. Сливинская ; отв. ред. М.Г. Бородина. — М.: Энергия, 1972. — 248 с.