Концепція віброгасної та віброізолюючої комплексної пасивно-активної магнітної опори на основі повного магнітно-електромагнітного підвісу вертикального шток-валу
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-9130.2025.1.331820Ключові слова:
віброгасіння, віброізоляція, магнітний підвіс, система управління, силові характеристики, квазінульова жорсткість.Анотація
У статті розглянуто питання концептуального проектування віброгасної та віброізолюючої комплексної повністю магнітної опори пасивно-активного типу. В основу проекту цієї опори покладено повний комбінований магнітно-електромагнітний підвіс малорозмірного ротора з елементами керування. Даний підвіс практично реалізований у вигляді лабораторно-експериментальної установки з радіальними пасивними магнітними підшипниками з кільцевих рідкоземельних постійних магнітів і з осьовим керованим електромагнітним упорним підшипником з дзеркально розташованими відносно рухомого диска в осьовому напрямі сердечниками броньового типу. Віброгасні характеристики даного осьового підшипника можуть змінюватись активними опорами в ланцюгах електромагнітів або реалізацією певних заздалегідь визначених алгоритмів управління при виникненні підвищених вібрацій. Його віброізолюючі властивості можуть бути досягнуті створенням на силових характеристиках ділянок квазінульової жорсткості, що також забезпечується вибором закону управління. Для доказу цієї можливості пошук таких силових та жорсткісних характеристик у роботі здійснено за допомогою числового математичного моделювання. Показано, що за рахунок застосування у системі управління осьовим положенням диска відповідного закону управління силовими електромагнітами дана електромеханічна опора дозволяє забезпечувати необхідні віброгасні та віброізолюючі характеристики. Концептуально показано, що у разі вертикального розташування валу даний магнітний підвіс може розглядатися в цілому як пасивно-активна віброгасна та віброізолююча комплексна опора або вантажу, розташованого зверху, або підвішеного знизу тіла. Тоді ротор може розглядатися як необертовий шток-вал, який утримує віброізольований вантаж. Досліджено можливості числового визначення потрібних силових та жорсткісних характеристик залежно від параметрів осьової електромагнітної опори та системи управління. Показано відмінні риси, властиві застосованому при розв’язанні поставленої задачі числовому алгоритму, з аналізом їх впливу на точність симуляції. Наведено результати аналізів з їхньою верифікацією. Таким чином, концептуально підтверджено можливість використання повного магнітно-електромагнітного підвісу модельного ротора в цілому як віброгасної та віброізолюючої комплексної повністю магнітної опори пасивно-активного типу. При відносно великій масі та габаритах віброізолюваного об’єкта можливе застосування кількох таких комплексних опор в узгодженій комбінації за рахунок введення перехресних зв’язків у систему керування осьовими електромагнітними опорними елементами.
Посилання
De Silva C. W., ed. Vibration Damping, Control, and Design. CRC Press, 2007. 634 p. https://doi.org/10.1201/9781420053227
Mei C. Mechanical Wave Vibrations: Analysis and Control. John Wiley and Sons Ltd., 2023. 432 p. https://doi.org/10.1002/9781119135074
Weber F. Efficient Damping and Isolation Systems for Civil Struc-tures. MDPI, 2023. 194 p. https://doi.org/10.3390/books978-3-0365-6560-6
Kaul S., ed. Modeling and Analysis of Passive Vibration Isolation Systems. Elsevier, 2021. 221 p. doi: 10.1016/c2019-0-00013-1https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819420-1.00010-8
Baz A. M. Active and Passive Vibration Damping. Wiley, 2019. https://doi.org/10.1002/9781118537619
Yusoff M.F.M., Zaidi A., Ishak S., Awang M., Md Din M., Mukhta-ruddin A., Jefri M., Sheng T., Mukhtaruddin A. Development of empirical model for electromagnetic damping coefficient damper. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering. 2023. Vol. 20. Pp. 10536-10546. https://doi.org/10.15282/ijame.20.2.2023.15.0813
Zhang Q., Zhu L., Dong Q., Sui J., Sun M., Wang J., Yu X. Exper-imental study on the active control and dynamic characteristics of electromagnetic active–passive hybrid vibration isolation system. Applied Sciences (Switzerland). 2023, vol. 13(19). 10565. https://doi.org/10.3390/app131910565
Ma Z., Zhou R., Yang Q. Recent advances in quasi-zero stiffness vibration isolation systems: An overview and future possibilities. Machines. 2022, vol. 10(9), 813. https://doi.org/10.3390/machines10090813
Martynenko G., Avramov K., Martynenko V., Chernobryvko M., Tonkonozhenko A., Kozharin V. Numerical simulation of warhead transportation. Defence Technology. 2021, vol. 17(2), pp. 478-494. https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.03.005
Thiagamani S. M. K., Hoque M., Krishnasamy S., Muthukumar C., Siengchin S. Vibration and Damping Behavior of Biocomposites. CRC Press, 2022. 350 р. https://doi.org/10.1201/9781003173625
Chang Y., Zhou J., Wang K., Xu D. Theoretical and experimental investigations on semi-active quasi-zero-stiffness dynamic vibra-tion absorber. International Journal of Mechanical Sciences. 2022, vol. 214, 106892. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2021.106892
Diez-Jimenez E., Rizzo R., Gómez-García M. J., Corral-Abad E. Review of passive electromagnetic devices for vibration damping and isolation. Shock and Vibration. 2019, vol. 2019, pp. 1-16. https://doi.org/10.1155/2019/1250707
Mohd Yusoff M. F., Ahmad Zaidi A. M., Ishak S. A. F., Awang M. K., Md Din M. F. Simulation studies of vibration isolation using elec-tromagnetic damper. Jurnal Kejuruteraan SI. 2021, vol. 4(2), pp. 119-126, https://doi.org/10.17576/jkukm-2021-si4(2)-18
Martynenko G., Ulianov Y. Combined rotor suspension in passive and active magnetic bearings as a prototype of bearing systems of energy rotary turbomachines. Proceedings of the IEEE Interna-tional Conference on Modern Electrical and Energy Systems. Kre-menchuk, 2019, pp. 90-93. https://doi.org/10.1109/MEES.2019.8896571
Volakis Jn., Chatterjee A., Kempel L. Finite Element Method for Electromagnetics. New York: IEEE Press, 1998. 344 p. https://doi.org/10.1109/9780470544655
Martynenko G., Rozova L. Stability testing of control algorithms for active magnetic bearings to measurement errors occurrence on scale model of turbocompressor. Proceedings of the 20th IEEE In-ternational Conference on Modern Electrical and Energy Systems. Kharkiv, 2021, pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/MEES52427.2021.9598798
Martynenko G., Martynenko V. Rotor dynamics modeling for com-pressor and generator of the energy gas turbine unit with active magnetic bearings in operating modes. Proceedings of the 25th IEEE International Conference on Problems of Automated Electric Drive. Theory and Practice. Kremenchuk, 2020, pp. 1-6. ttps://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240781
