Магшнітодинамічна ресора – амортизатор

40018 Винахід відноситься до машинобудування, а саме - до пристроїв, які забезпечують пружний зв'язок і гасіння коливань між вузлами машин та механізмів. Відомі пристрої, у яких використовується маг-нітодинамічний принцип гасіння пружних коливань [1, 2, 3]. Вони мають наступні недоліки: - відносна складність виготовлення; - малий хід рухомої частини; - наявність механічного контакту між намагніченими елементами [3]; - низька ефективність гасіння коливань. Прототипом магнітнодинамічної ресори-амор-тизатора, що пропонується, служить магнітна пру-жина, яка містить встановлені на одні осі нерухому і рухому частини, кожна з котрих має постійні маг-ніти, що спрямовані один до другого однаковими полюсами [4]. Недоліки даного пристрою: - відносно малий хід рухомої частини; - низькі амортизаційні якості; - відносно мале зусилля стиску. Ці недоліки роблять неможливим застосування такого пристрою, наприклад, у транспортних системах. В основу винаходу поставлено задачу створити магнітодинамічну ресору-амортизатор, яка буде забезпечувати пружний зв'язок між корпусом тран-спортного засобу і колесами або опорними котками, завдяки взаємодії магнітних полів набору по-стійних магнітів, що почергово обернуті один до другого однаковими полюсами, а також ефективне гасіння коливань за рахунок перетворення кінетичної енергії рухомої частини в енергію вихрових струмів, що індукуються в металевих елементах. Винахід дозволяє: - з'єднати в одному пристрої функції пружини і амортизатора; - значно підвищити зусилля стиску магнітної пружини і довжину ходу рухомої частини завдяки застосуванню набору послідовно розташованих постійних магнітів, що почергово обернуті один до другого однаковими полюсами. Поставлена задача вирішується у винаході шляхом розміщення набору послідовно розташованих постійних магнітів, що можуть повільно пе-ресуватись, вздовж загальної поздовжньої осі і які обернуті один до другого однаковими полюсами, у корпусі, у якому пересувається шток, що механічно зв'язаний з рухомою частиною транспортного за-собу або іншого механізму, при цьому ефективність дії пристрою залежить від матеріалу корпусу. Ряд удосконалень винаходу складається у ви-користанні постійних магнітів з різними силовими характеристиками; у використанні різних матеріалів для виготовлення корпусу і штоку; в застосуванні різного типу струмопровідних обмоток; у ви-готовленні стінок корпусу змінного перерізу; у за-стосуванні пружних буферів між постійними магнітами; у поєднанні з гідравлічним амортизатором; у поєднанні з пневмо-гідравлічною ресорою. В інших варіантах винаходу шток виконаний пустотілим, а його порожнина використовується як корпус для розміщення набору постійних магнітів меншого діаметру, на які, в свою чергу, діє наступний пустотілий шток аналогічної конструкції. Таким чином створюється телескопічна конструкція маг-нітодинамічної ресори. Подальше удосконалення винаходу складається в тому, що шток діє безпосередньо на середній постійний магніт. Така конструкція дає змогу використовувати пружні сили постійних магнітів для повертання системи у рівноважний стан при зсуві штоку у прямому або у зворотному напрямку. Такі удосконалення дозволяють отримати від магнітодинамічної ресори-амортизатора необхідні пружні зусилля, добитись ефективного гасіння ко-ливань у тому діапазоні, що вимагається, використовувати магнітодинамічну ресору у керуємі почіпці. Фіг. 1. Магнітодинамічна ресора-амортизатор (вид по продольному розрізу): 1 - корпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер. Фіг. 2. Конструкція фіг. 1 вид по розрізу А-А: 1 - корпус; 3 - постійний магніт. Фіг. 3. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з постійними магнітами, що мають різні значення остаточної індукції: 1 - корпус; 2 - нерухомий по-стійний магніт; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер; 7, 8, 9, 10 - постійні магніти з різними силовими характеристиками. Фіг. 4. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з корпусом з неелектропровідного матеріалу: 1 – ко-рпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер. Фіг. 5. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з корпусом з немагнітного електропровідного матеріалу: 1 - корпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер. Фіг. 6. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з корпусом з феромагнітного матеріалу: 1 - корпус; 2 нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер. Фіг. 7. Магніто динамічна ресора-амортизатор з струмопровідною обмоткою: 1 - корпус; 2 – неру-хомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер; 11 – струмоп-ровідна обмотка; 12 - початок обмотки; 13 - кінець обмотки. Фіг. 8. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з стінками корпусу змінного перерізу, що мають бі-льшу товщину в обширі дії нерухомого постійного магніту: 1 - корпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 – пруж-ний буфер; 14 - стінки змінного перерізу. Фіг. 9. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з стінками корпусу змінного перерізу, що мають бі-льшу товщину в обширі дії крайнього, з боку што-ку, постійного магніту: 1 - корпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер; 14 - стінки змінного перерізу. 40018 Фіг. 10. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з пружними буферними елементами: 1 - корпус; 2 нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер; 15 - пружні буферні елементи. Фіг. 11. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з магнітами шайбовидної форми: 1 - корпус; 2 нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний буфер; 16 - постійні магніти шайбовидної форми. Фіг. 12. Конструкція фіг. 8, вид по розрізу Б-Б: 1 - корпус; 4 - шток; 16 - постійні магніти шайбови-дної форми. Фіг. 13. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з гідродемпфуючим пристроєм: 1 - корпус; 2 – нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 17 - рідина; 18 - поршень; 19 – ка-навки змінної глибини; 20 - отвори; 21 - защільник. Фіг. 14. Конструкція фіг. 10, вид по розрізу В-В: 1 - корпус; 3 - постійні магніти; 19 - канавки змінної глибини; 20 - отвори. Фіг. 15. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з пневмогідравлічним додатковим пристроєм: 1 - корпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 17 - рідина; 18 – по-ршень; 19 канавки змінної глибини; 20 - отвори; 21 - защільник; 22 - пневмокамера; 23 - вентильний пристрій; 24 поршень поділювач. Фіг. 16. Магнітодинамічна ресора-амортизатор телескопічної конструкції: 1 - корпус; 2 - нерухомий постійний магніт; 3 - постійні магніти; 4 - шток; 5 - кришка; 6 - пружний елемент; 25 - корпус; 26 – по-стійні магніти; 27 - кришка; 28 - корпус; 29 - постійні магніти; 30 - кришка. Фіг. 17. Магнітодинамічна ресора-амортизатор з пустотілим штоком: 1 - корпус; 2 - нерухомі по-стійні магніти; 2 - постійні магніти; 31 - поздовжні напрямні пази; 32 - пустотілий шток; 33 - фасонна кришка. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 1 і 2, складається з корпу-су 1, нерухомо закріпленого у корпусі 1 постійного магніту 2, набору послідовно розташованих по-стійних магнітів 3, які обернуті один до другого од-наковими полюсами, які можуть повільно пересуватись вздовж поздовжньої осі корпусу 1, на крайній з котрих діє рухомий шток 4, що фіксується за допомогою кришки 5 і пружного буферу 6. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 3, відрізняється від конструкцій фіг. 1 тим, що у корпусі 1 розташовані нерухомий постійний магніт 2 і набір послідовно розташованих постійних магнітів 7, 8, 9, 10, з різними значеннями остаточної магнітної індукції. Так, на-приклад, такі сучасні постійні магніти як: магніти на підставі феритів барію або стронцію з остаточною індукцією до 0,3 Тл; рідкоземельні самарій кобальтові магніти з остаточними індукціями 0,8-0,9 Тл; неодимові магніти з остаточною індукцією 1,2 Тл. При цьому, коли нерухомий постійний магніт 2 і постійні магніти 7, 8, 9 мають більші значення остаточної індукції, відносно постійного магніту 10, максимальний демпфуючий ефект досягається тільки при повному стисненні даного пристрою. Коли нерухомий постійний магніт 2 і постійні магніти 7, 8, 9 мають менші значення остаточної індукції, відносно постійного магніту 10, максимальний демпфуючий ефект досягається з початком пересування штоку 4. Така конструкція дозволяє більш ефективно гасити коливання великої або малої амплітуди, в залежності від того, в якому порядку будуть розташовані постійні магніти з різними си-ловими характеристиками. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, що представлена на фіг. 4, відрізняється від конструкції фіг. 1 і 3 тим, що стінки корпусу 1, виготовлені з немагнітного неелектропровідного матеріалу. Така конструкція дає змогу зменшити вагу і демпфуючі характеристики пристрою, при необхідності. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 5, відрізняється від конструкції фіг. 1 і 3 тим, що стінки корпусу 1 виготовлені з немагнітного електропровідного матеріалу. При цьому корпус 1 не намагнічується, а амортизаційні якості пристрою, завдяки індукуванню вихрових струмів у корпусі 1, залишаються високими. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 6, відрізняється від конструкції фіг. 1, 3, тим що стінки корпусу 1 виготовлені з феромагнітного матеріалу. При цьому при пересуванні постійних магнітів 3, під дією штоку 4, частина енергії рухомих елементів буде витрачатись на перемагнічення стінок корпусу 1, що веде до по-кращення демпфуючої характеристики пристрою. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 7, відрізняється від конструкції фіг. 1, 3-6 тим, що на корпусі 1 розміщена циліндрична обмотка 11 (одна або декілька), яка ро-биться або короткозамкнутою (початок обмотки 12 і кінець 13 з'єднані), або замкнутою на активний електричний опір, або підключеною до мережі управління. Це дозволяє регулювати зусилля сти-ску ресори та її депмфуючі характеристики. При цьому у пристрої, де обмотка замкнута на активний електричний опір, енергія індукованого струму буде витрачатись на нагрів опору. У пристрої, де обмотка замкнута на мережу управління, як у зви-чайному електромагніті, є можливість регулювати силову характеристику магнітодинамічної ресори-амортизатора. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 8, відрізняється від конструкцій фіг. 1, 3, 5-7 тим, що корпус 1 має стінки змінного перерізу 14, при цьому в обширі нерухомого магніту 2 вони мають більшу товщину. Це дозволяє збільшити демпфуючий ефект при максимальних амплітудах коливань, завдяки тому, що струм, який індукується, буде найбільшим при пе-ресуванні магнітів 3 вздовж ділянки корпусу 1, де його стінки мають більшу площу перерізу. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 9, відрізняється від конструкцій фіг. 8 тим, що стінки змінного перерізу 14, ви-конані більш тонкими в обширі нерухомого магні-ту 2. Це дозволяє отримати найбільший демпфую-чий ефект з самого початку пересування штоку 4. 40018 Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 10, відрізняється від конструкцій фіг. 1-10 тим, що у корпусі 1 між постійними магнітами 3 розміщені пружні буферні елемен-ти 15, що перешкоджають стиканню та руйнуванню постійних магнітів 2 і 3. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 11 і 12, відрізняється від конструкцій фіг. 1, 3-10 тим, що в корпусі 1, крім набору постійних магнітів 3, розміщені постійні ма-гніти шайбовидної форми 16, через які проходить шток 3, щоб безпосередньо діяти на середній по-стійний магніт. Така конструкція дозволяє використовувати пружну силу магнітів при пересуванні штоку 4 у прямому та зворотному напрямку. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 13, 14, відрізняється від конструкції фіг. 1-11 тим, що порожнина корпусу 1 заповнена рідиною 17 для більш ефективного де-мпфування коливань. При цьому на штоку 4 закріплений поршень 18, а на внутрішні поверхні стінки корпусу 1 зроблені поздовжні канавки змінної гли-бини 19, які служать для переходу рідини в запор-шневий простір і назад. В свою чергу, постійні маг-ніти 3 (крім крайніх) мають отвори 20 для вільного проходу рідини між магнітами. Проходу рідини між поверхнею штоку 4 і кришкою 5 перешкоджає за-щільник 21. Така конструкція дає змогу значно під-вищити ефективність гасіння коливань. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 15, відрізняється від конструкції фіг. 13 тим, що у корпусі 1 додатково розташована пневмокамера 22, в яку через вентильний пристрій 23 закачується азот, який відділений від рідини поршнем-поділювачем 24. Така конструкція дозволяє значно підвищити силову характеристику ресори. Магнітодинамічна ресора-амортизатор теле-скопічної конструкції, яка представлена на фіг. 16, відрізняється від конструкцій фіг. 1-10 тим, що у корпус 1 з постійними магнітами 2 і 3 входить кор-пус меншого діаметру 25, який містить в собі ана-логічно розташовані постійні магніти 26 і фіксується кришкою 5, у свою чергу, у корпус 25 входить і фіксується кришкою 27 корпус 28, який також міс-тить постійні магніти 29, на які безпосередньо діє шток 4, що фіксується пружнім елементом 6 і кри-шкою 30. Така конструкція дає змогу отримати по-ступове зростання зусилля стиску і мати при цьо-му відносно довший робочий хід ресори. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 17, 18, відрізняється від кон-струкції фіг. 8 тим, що корпус 1 з постійними магнітами 2 і 3 має поздовжні напрямні пази 31, в яких пересувається пустотілий шток 32, що діє безпосередньо на середні постійні магніти 3, за допомогою фасонноїкришки 33. При цьому середні магніти 3 обернуті один до другого протилежними по-люсами. Така конструкція, у порівнянні з конструкцією фіг. 8, забезпечує однакові зусилля стиску магнітодинамічної ресори при пересуванні штоку у прямому або зворотному напрямку. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 1 і 2, працює наступним чи-ном. Зовнішнє зусилля, що прикладається до ру-хомої частини пристрою, веде до пересування у порожнині корпусу 1, з постійними магнітами 2 і 3 вздовж його осі штоку 4, що фіксується кришкою 5. Шток 4, діючи на крайній з постійних магнітів 3, бу-де пересувати його у тому ж напрямку. В свою чергу, магніт 3, що зрушився, дією свого магнітного поля буде пересувати наступний за ним магніт 3 і так далі, завдяки тому, що всі постійні магніти 3 обернені один до другого однаковими полюсами, до тих пір, поки зовнішня сила, що діє на шток 3, не буде урівноважена силою протидії магнітних полів постійних магнітів. Як тільки сила, що діє на шток, зникне, то сумарна сила магнітних полів по-стійних магнітів верне шток у початковий стан. В зв'язку з наявністю сил інерції в системі будуть ви-никати коливання, які будуть гаситись (демпфува-тись) за рахунок перетворення кінетичної енергії рухомих частин в енергію вихрових струмів, що будуть індукуватись. В свою чергу, енергія індуко-ваних струмів буде витрачатись шляхом перетворення у теплову енергію або в інші її види. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 3, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, але завдяки тому, що корпус 1 виготовлений з немагнітного і неелектропровідного ма-теріалу вихрові струми у корпусі 1 не наводяться. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 4, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, при цьому шток 3, пересуваючись, безпосередньо діє на постійний магніт 10, що має найбільше значення остаточної індукції, який з по-чатком пересування у корпусі 1 індукує найбільші вихрові струми у порівнянні зі струмами, що індукуються з початком руху постійних магнітів 9, 8, 7, чим досягається ефективне гасіння енергії рухомої частини з самого початку руху. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 5, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, при цьому, завдяки немагнітному, але електропровідному матеріалу корпусу 1 останній не намагнічується і демпфуючі сили у пристрої зменшуються тому, що енергія рухомої частини не витрачається на перемагнічення стінок корпусу 1. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 6, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, при цьому, завдяки феромагнітному матеріалу корпусу 1 останній намагнічується і де-мпфуючі сили у пристрої збільшується тому, що енергія рухомої частини витрачається на перемаг-нічення стінок корпусу 1, яке відбувається при пе-ресуванні постійних магнітів 3. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 7, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, при цьому при пересуванні постійного магніту 3, що знаходиться у частині порожнини корпусу 1, де розміщена циліндрична обмотка 11, в останній індукується струм, таким чином, частка енергії рухомої частини поглинається у електричному пристрої, який з'єднується з циліндричною обмоткою 11, або витрачається на нагрівання, ко-ли обмотка 11 зроблена короткозамкнутою. При необхідності збільшення зусилля стиску магніто-динамічної ресори-амортизатора на циліндричну обмотку 11 подається струм, який 40018 створює магнітне поле обмотки 11, що протидіє магнітному полю постійного магніту 3 і утримує останній від подальшого пересування. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 8, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, при цьому при пересуванні постійних магнітів 3 вздовж ділянки стінок 14 корпусу 1, що мають більшу площу перерізу, індукуються більші струми, завдяки цьому найбільш ефективно дем-пфуються коливання штоку 4, коли він знаходиться у найближчому положенні до нерухомого по-стійного магніту 2. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 9, працює аналогічно конс-трукції фіг. 8, але при такій конструкції найбільш ефективно демпфуються коливання штоку 4, коли крайній постійний магніт 3 знаходиться у найближчому положенні до пружного буферу 6. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 10, працює аналогічно конс-трукції фіг. 1, при цьому при великих зусиллях сти-ску пружні буферні елементи 15 перешкоджають руйнуванню постійних магнітів при стиканні. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 11 і 12, працює таким чином. При пересуванні штоку 4, під дією зовнішньої сили у напрямку нерухомого постійного магніту 2, пружну силу протидії створюють постійні магніти 2 і 3. При пересуванні штоку 4 у зворотному напрямку починають працювати як пружні елементи магнітні поля постійних магнітів шайбовидної форми 16. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 13 і 14, працює таким чином. Під дією зовнішньої сили шток 4 пересуває постійній магніт 3, що закріплений на поршні 18, у напря-мку нерухомого постійного магніту 2, що зафіксований у корпусі 1, при цьому об'єм між вказаними магнітами, який заповнений рідиною 17, починає зменшуватись, рідина 17 почне пробрискуватись між внутрішньою поверхнею корпусу 1 і порш-нем 18 через канавки змінної глибини 19 у запор-шневий простір, поглинаючи енергію рухомої час-тини і перетворюючи її у теплову енергію. При цьому частина енергії буде поглинатись при про-ході через отвори 20, що зроблені для проходу рі-дини через середні постійні магніти 3. Як тільки сумарна сила протидії магнітних полів постійних магнітів 2 і 3 зрівняється з зовнішньою силою, або поршень 18 дійде до положення, де канавки змінної глибини закінчаться і рідина 17 не зможе про-ходити у запоршневий простір, пересування што-ку 4 буде зупинено. Після того, як зовнішня сила зникне, енергія протидії магнітних полів постійних магнітів 2 і 3 поверне поршень 18 з штоком 4 у по-чатковий стан, при цьому частина рідини 17, через канавки змінної глибини 19, перейде з запоршне-вого простору у простір між постійними магніта-ми 2 і 3, при цьому енергія рухомої частини буде поглинатись. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 15, працює аналогічно конс-трукції фіг. 10, при цьому у випадку, коли зовнішня сила, що пересуває шток, притисне постійні магніти 2 і 3 один до другого, подальше пересування штоку 4 з поршнем 18 і постійними магнітами 3 буде продовжуватись за рахунок пересування порш-ня-поділювача 24, який буде стискати газ у пнев-мокамері 22, де буде акумулюватись енергія ру-хомої частини. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 16, працює таким чином. Зо-внішня сила, що діє на шток 4, який фіксується кришкою 30, починає стискати постійні магніти 29, що знаходяться у корпусі 28, корпус 28 починає рухатись і стискати постійні магніти 26, які знаходяться у корпусі 25, в свою чергу корпус 1. При зникненні зовнішнього зусилля, або його зменшенні, енергія протидії магнітних полів постійних магнітів 2, 3, 26 і 29 пересуває шток у зворотному напрямку. Магнітодинамічна ресора-амортизатор, яка представлена на фіг. 17 і 18, працює таким чином. При пересуванні, під дією зовнішньої сили, корпу-су 1 з постійними магнітами 2 і 3 у порожнині пус-тотілого штоку 32, через фасонну кришку 33 тиск передається на середні постійні магніти 3 і вони починають пересуватись у середині корпусу 1, створюючи пружні сили протидії магнітних полів. При зникненні зовнішнього зусилля, або його зменшенні, енергія протидії магнітних полів постійних магнітів 2 і 3 пересуває корпус 1 у зворотному на-прямку. Джерела інформації 1. А.с. № 870799, кл. F16F6/00. Бюл. № 37, 07.10.1981. 2. А.с. № 684218, кл. F16F6/00. Бюл. № 33, 05.09.1979. 3. А.с. № SU 1362875 A1, кл. F16F6/00. Бюл. № 48, 30.12.1987. 4. А.с. № SU 1188392 А, кл. F16F6/00. Бюл. № 40, 30.10.1985. 40018 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 5 40018 Фіг. 6 Фіг. 7 Фіг. 8 40018 Фіг. 9 Фіг. 10 Фіг. 11 Фіг. 12 Фіг. 13 Фіг. 14 Фіг. 15 40018 Фіг. 16 Фіг. 17 Фіг. 18