Безжидкостный магнитный амортизатор (БМА)

Современные автомобили, особенно в условиях увеличивающегося спроса на чистую энергию и экономичность, требуют внедрения инновационных технологий. Одним из таких решений является магнитный безжидкостный амортизатор (БМА), который разработан в рамках научных исследований Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета. Исследование работы магнитного амортизатора нового типа в подвесках строительных транспортно-технологических машин и его потенциала для рекуперации энергии провёл к. т. н., доцент кафедры наземных транспортно-технологических машин Роман Литвин. Материалы публикуются по результатам научно-исследовательской работы, проводимой в рамках конкурса грантов на выполнение научно-исследовательских работ научно-педагогическими работниками СПбГАСУ в 2024 г.

Актуальность исследования

В последние десятилетия проблема повышения энергоэффективности транспортных средств стала одной из ключевых задач в автомобильной промышленности. Традиционные амортизаторы, которые преобразуют кинетическую энергию подвески автомобиля в тепловую, оказываются малоэффективными с точки зрения энергосбережения. В то время как регенеративные (рекуперативные) амортизаторы могут преобразовывать эту энергию в электрическую, что позволяет не только повысить экономичность автомобилей, но и уменьшить их негативное воздействие на окружающую среду.

Исследуемый безжидкостный магнитный амортизатор способен собирать рассеиваемую при движении автомобиля энергию и превращать её в электричество, которое затем можно сохранять и использовать для других нужд автомобиля. Это позволяет увеличить пробег транспортного средства, особенно в условиях неровных дорог, и улучшить общий комфорт управления.

Основные особенности безжидкостного магнитного амортизатора

Разработка БМА основана на принципе использования электромагнитных полей, которые создают усилия демпфирования. Одним из главных преимуществ является отсутствие необходимости в использовании жидкости для выполнения своей основной функции – поглощения энергии. Это значительно снижает риск утечек, упрощает конструкцию амортизатора и повышает его надёжность.

Магнитные амортизаторы используют вихревые токи Фуко, которые генерируются при движении поршня в магнитном поле. Эти токи создают обратное усилие, замедляющее движение и выполняющее функцию амортизации. При этом энергия преобразуется в электрическую, что и делает такую систему рекуперативной.

Одним из ключевых моментов исследования стало использование различных схем расположения магнитов. Как показано в компьютерном моделировании, увеличение числа магнитов и оптимизация их положения могут значительно повысить эффективность системы.

Экспериментальные данные и результаты

Для проверки эффективности БМА проводилось моделирование с использованием современного программного обеспечения Comsol Multiphysics. Компьютерные эксперименты позволили установить, что изменение толщины проставок между магнитами влияет на величину собираемой энергии. Например, при толщине проставки, равной одной трети длины магнита, наблюдается значительный рост рекуперативной способности амортизатора. Это позволяет захватывать и преобразовывать до 50% рассеиваемой энергии в полезную.

Также важно отметить: уменьшение зазора между магнитами привело к снижению эффекта обнуления потока, что напрямую увеличивает эффективность захвата энергии. Это открывает новые перспективы для дальнейших разработок и совершенствования конструкции амортизаторов.

Демпфирующая и упругая характеристики амортизатора также были рассмотрены в ходе исследований. Демпфирующая характеристика БМА практически не отличается от классических амортизаторов, но с использованием электромагнитных принципов, что делает конструкцию менее зависимой от температуры окружающей среды.

В ходе анализа была получена упругая характеристика, демонстрирующая, что усилие возрастает по мере перемещения штока амортизатора внутрь цилиндра с обмотками. Это позволяет реализовать так называемое двойное действие амортизатора: при малых препятствиях система работает аналогично обычной пружинной подвеске, а при более резких толчках – блокирует дальнейшее движение колеса, повышая безопасность и комфорт езды.

Влияние на автомобильную промышленность

Исследования магнитных амортизаторов позволяют надеяться на значительное улучшение работы автомобильных подвесок. Магнитные амортизаторы не только могут заменить традиционные газомасляные аналоги, но и внести вклад в развитие экологически чистого транспорта. Использование таких систем в электромобилях и гибридных автомобилях позволит увеличить эффективность использования энергии, собирать её при движении и сохранять в аккумуляторах для последующего использования. Это особенно актуально в условиях роста требований к снижению выбросов углекислого газа и перехода к автомобилям на электрической тяге.

Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что безжидкостные магнитные амортизаторы обладают значительным потенциалом для внедрения в автомобильную промышленность. Результаты исследований СПбГАСУ показали, что такая система может повысить комфорт и безопасность движения, увеличить экономичность транспортных средств за счёт рекуперации энергии и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Дальнейшие работы будут направлены на улучшение системы управления амортизаторами, что позволит адаптировать их работу в зависимости от дорожных условий и других факторов. Эти исследования открывают широкие перспективы для внедрения новых технологий в автомобильную промышленность и повышения эффективности транспортных средств.