کمک فنرهای مغناطیسی Shock Absorber

 

    وظیفه سیستم تعلیق خودرو گرفتن و از بین بردن لرزش ، شوک و تکان های ایجاد شده در مسیر حرکت می باشد میزان توانایی یک سیستم تعلیق ( فنر بندی ) در خودرو را با ضریب  میرایی Damping Index) یا( DI تعریف می کنند هر چقدر این ضریب به یک نزدیک تر باشد سیستم تعلیق خودرو نرم تر و میزان شوک و لرزش اتاق کمتر خواهد بود. این ضریب یعنی میزان گرفتن شوک و ضربه ها یا به عبارتی مستهلک شدن ارتعاشات بسته به طراحی و ابعاد یک کمک فنر داشته  ، مقداری ثابت است و امکان تغییر آن در شرایط مختلف حرکتی خودرو به شکلی که بتواند تعادلی مناسب را بین راحتی سرنشین و فرمان پذیری خودرو ایجاد کنند تقریبا وجود ندارد. در این سیستم ها با وجود آنکه خودرو در عبور از جاده با شرایط مختلفی روبرو می شود اما سیستم تعلیق بر مبنای عملکردی ثابت رفتار می کند و توانایی تطبیق با شرایط مختلف را نداشته و فقط از روی نمودار و ویژگی های مشخصی که در طراحی و ساخت آن در نظر گرفته شده است پیروی می کند برای رفع این عیب راه کارهای متفاوتی وجود دارد یکی از این راه حل ها استفاده از کمک فنری با ضریب میراکنندگی متغیر است.  

    با توجه به این نکته که ویسکوزیته روغن ها تحت تاثیر دما می تواند تغییر کند و ضریب میرایی نیزدر کمک فنرهای روغنی به ویسکوزیته روغن آن بستگی دارد؛ می توان گفت با افزایش دما ویسکوزیته روغن و در نتیجه ضریب جذب شوک کاهش و با کاهش دما عکس این حالت اتفاق می افتد بنابراین تغییر ویسکوزیته مستقیما بر میزان جذب شوک و میرایی ضربات تاثیر خواهد داشت حال اگر بتوانیم سیالی را در داخل کمک فنر بکار گیریم که تغییرات ویسکوزیته اش تحت کنترل باشد به نتیجه مطلوب که همان تغییر ضریب میرایی کمک فنر است دست یافته ایم.

یکی از این ایده ها ، کنترل ویسکوزیته با استفاده از ذرات مغناطیس است ، سیالاتی را که در آن از ذرات دارای خاصیت مغناطیس استفاده شده به نام سیالات Magneto-Rheological معروف شده اند که با عنوان مختصر شده MR  شناخته می شود این سیال در واقع ترکیبی از روغن با مقداری ذرات بسیار ریز آهن است. هنگامی که این سیال درون یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد ذرات ریز آهن تحت تاثیر میدان مغناطیسی بصورت زنجیره ای به هم چسبیده و منظم می شوند تمرکز ذرات آهن باعث ایجاد دیوارهای سخت و در نتیجه سفت شدن و افزایش ویسکوزیته روغن می گردد.

ساختمان این کمک فنر بسیار شبیه به کمک فنرهای معمولی می باشد میدان مغناطیسی مورد نیاز نیز بوسیله ارسال جریان برق به چند سیم پیچ کوچک (کویل) که در اطراف پیستون کمک فنر قرار گرفته است ایجاد می شود بطوریکه در زمان عبور روغن از کنار پیستون میدان مغناطیسی ایجاد شده ویسکوزیته سیال را افزایش داده و باعث کند شدن حرکت سیال از میان پیستون می گردد که همین امر افزایش ضریب میرایی را به همراه خواهد داشت.

 

تکنولوژی MR

روغن های سری MR نسبت به میدان مغناطیسی واکنش نشان داده و تغییرات چشمگیری در رفتارشان مشاهده می گردد این سیالات می توانند در زمانی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار دارند بصورت برگشت پذیری فورا از حالت مایعی جاری به نیمه جامدی با استحکام و مقاومت قابل کنترل تغییر حالت دهند و با قطع میدان مغناطیسی این سیالات بصورت قابل انتظار رفتاری نزدیک به سیالات معمولی از خود نشان می دهند.

برای نمونه یک نوع از سیال MR که تقریبا 20 تا 40 درصد از حجمش خالص است حاوی ذرات اهن با قطر 3 تا 10 میکرون می باشد که در داخل سیالاتی نظیر روغن معدنی و یا روغن مصنوعی بهمراه  افزودنی های متنوع اختصاصی هر کارخانه مانند  آنچه در سایر روانکارهای تجاری وجود دارد به منظور تنظیمات گرانشی و بالا بردن خاصیت معلق ماندن ذرات اضافه می گردد.

سیالات MR که از ذرات آهن در داخل شان استفاده شده است ماکزیمم استحکام و مقاومتی در حدود 50 تا 100 کیلو پاسکال را در میدان مغناطیسی ای در حدود 150 تا 250 KA/M از خود نشان می دهند.

سیالات MR نسبت به رطوبت و آلایندهای که در حین تولید یا مصرفشان ممکن است داخل آنها شده باشد حساس نیستند همچنین به دلیل اینکه مکانیزم پلاریزاسیون مغناطیسی متاثر از دما نمی باشد عملکرد دستگاه هایی که بر اساس تکنولوژی MR بنا شده است نسبت به تغییرات بازه گسترده ای از دما حساس نمی باشد.

اولین بار شخصی به نام جانکوب رابینو تکنولوژی MR  را در دهه 1940 ثبت اختراع نمود  تا ده سال بعد از این تکنولوژی در کاربردهای ازمایشگاهی با مصارف عملی محدود استفاده می شد اما در دهه 1980و 1990 تحقیقات بسیار جدی برای توسعه و عملی شدن قابلیت تجاری سیالات MR شروع و کم کم این محصول وارد بازار شد ، موارد مصرف سیالات MR شامل: سیستم تعلیق  ابتدایی خودرو ، سیستم صندلی کامیون ، وسایل کنترل با سیم فیدبک لمسی پنوماتیکی و پایه های تخفیف اثرات زمین لرزه در ساختمان ها می باشد.  

نمونه های از خودروهای استفاده کننده از کمک فنر MR در زیر آمده است.

Acura MDX

Audi TT

Audi R8

Buick Lucerne

Cadillac DTS

Cadillac SLR

Cadillac SRX

Cadillac STS

Chevrolet Corvette

Ferrari 599GTB

Holden HSV Commodore