Разработка методов цифрового моделирования динамики и управления многокомпонентными технологическими машинами и процессами с вибрацией

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-19-00708

НазваниеРазработка методов цифрового моделирования динамики и управления многокомпонентными технологическими машинами и процессами с вибрацией

Руководитель Пановко Григорий Яковлевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-102 - Механика технологических процессов

Ключевые слова технологическая машина, технологический процесс, вибрация, вибрационный привод, моделирование, резонанс, управление

Код ГРНТИ55.01.77

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одним из способов повышения эффективности технологических процессов является использование дополнительной вибрации. Благодаря применению вибрации можно не только интенсифицировать различные процессы обработки твердых материалов (резание металлов), сыпучих и жидких сред (сепарация, перемешивание, перемещение), но и создать принципиально новые технологические процессы (связанные с преобразованием структуры). Эффект от использования вибрации зависит от ряда различных факторов и, в первую очередь, от требуемых параметров вибрации, при которых возникают качественные изменения характеристик процесса (возникновение медленных движений, снижение сил сопротивления, изменение физико-механических свойств материалов, трансформация положений равновесия упругих систем, изменение частот свободных колебаний и т. п.). С энергетической точки зрения наиболее эффективными являются резонансные режимы, когда параметры вибрационного воздействия согласуются с динамическими свойствами технологической системы. Однако эти энергетически эффективные режимы по своей природе, в большом числе случаев, оказываются не устойчивыми из-за ряда причин, связанных, в частности с возможными флуктуациями технологической нагрузки, нелинейностью характеристик самой системы, с динамическими особенностями взаимодействия машины с вибрационным приводом и/или технологической нагрузкой. Именно по этой причине большинство вибрационных технологических машин, колебания рабочего органа которых возбуждаются центробежным вибровозбудителем, эксплуатируются на до- или зарезонансных режимах. С другой стороны ряд технологических процессов сопровождается самовозбуждением колебаний, которые возникают, как правило, вблизи собственных частот технологической системы (например, автоколебания при обработке резанием). В подавляющем числе случаев эти колебания приводят к снижению точности и качества обработки, повышению динамических нагрузок на системы привода обрабатывающих станков и др. Однако существует ряд ситуаций, когда самовозбуждающиеся вибрации существенно облегчают течение процесса обработки и, наоборот, приводят к повышению ее качества и точности, например, сверление глубоких отверстий с применением осевых вибраций. Специально возбуждаемые колебания резца при точении цилиндрических поверхностей позволяют создавать особую микро (нано) геометрию поверхности, например, для обеспечения самосмазываемости тяжелонагруженных подшипников скольжения. Создание режущих инструментов с встроенными пьезоактуаторами и пьезосенсенсорми позволяет говорить об интеллектуальных методах обработки металлов и композитов (технология SmartTool). Именно вопросы использования вибрации для получения качественно новых свойств при обработке материалов являются предметом настоящего исследования. В этом заключается принципиальное отличие от других работ, связанных с анализом динамики процессов обработки резанием. Проект посвящен совершенствованию схем и алгоритмов управления параметрами (в том числе и эксплуатационными) технологических систем, обеспечивающих настройку и устойчивость рассматриваемых технологических процессов вне зависимости от изменяющихся условий, что представляет важную и актуальную задачу перехода к передовым цифровым интеллектуальным производственным технологиям и новым способам проектирования. В проекте будут рассмотрены и проанализированы новые расчетные схемы технологических машин и процессов, в которых использование нелинейных резонансных эффектов позволяет существенно повысить их эффективность (производительность, качество обработки, энергопотребление). Основной задачей проекта является разработка и анализ математических моделей технологических машин и процессов, осуществляемых при дополнительной вибрации или при ее самовозбуждении. Данный проект является дальнейшим развитием работ, начатых по проекту РНФ № 15-19-30026. Научная новизна исследований заключается в разработке новых динамических моделей, учитывающих условия силового взаимодействия и взаимовлияния рабочих органов и обрабатываемой среды, и создании систем автоматической настройки на резонансный режим с требуемыми значениями возмущающих усилий, в разработке моделей и методов идентификации параметров системы, что необходимо для цифрового управления процессами обработки в режиме реального времени. Одной из новых задач, поставленных в проекте, является анализ динамики технологической операции обработки резанием одновременно несколькими резцами (многорезцовое точение, параллельное точение и т.п.) с целью выбора оптимальных вибрационных режимов обработки резанием гибких деталей (длинных валов, тонкостенных деталей). Решение этой задачи предусматривает построение иерархии моделей динамических систем многорезцового резания с самовозбуждающимися вибрациями, особенностью которых является обработка «по следу». В качестве критериев оптимальности возбуждаемых вибрационных режимов будут рассматриваться максимизация производительности и достижение требуемого качества получаемых поверхностей (управлением качеством микроструктуры поверхностных слоев, снижение поверхностных дефектов и др.). Тема предлагаемого проекта и поставленные задачи представляются весьма актуальными и имеющими важное прикладное значения для многих отраслей промышленности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Еремейкин С.А.,Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Analysis of oscillations of a mechanical system with inertial exciters at an alternating position of its mass center MATEC Web of Conferences, Vol. 224, No 02064 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201822402064

2. Лян И.П., Пановко Г.Я. Моделирование динамики сыпучей среды на вибрирующей шероховатой поверхности с помощью метода крупных частиц Машиностроение и инженерное образование, №3, с.25-33 (год публикации - 2018)

3. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Experimental analysis of the oscillations of two-mass system with self-synchronizing unbalance vibration exciters VIBROENGINEERING PROCEDIA, 18, p. 8-13 (год публикации - 2018)
10.21595/vp.2018.19906

4. Гуськов А.М., Гуськов М.А., Динь Дык Тунг, Пановко Г.Я. Modeling and Investigation of the Stability of a Multicutter Turning Process by a Trace Journal of Machinery Manufacture and Reliability, Vol. 47, No. 4, pp. 317–323 (год публикации - 2018)
10.3103/S1052618818040052

5. Крестниковский К.В., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Определение упругой характеристики противовеса саморегулируемого дебаланса вибровозбудителя Машиностроение и инженерное образование, № 4 (год публикации - 2018)

6. Лян И.П., Пановко Г.Я. Численное моделирование движения сыпучей среды на вибролотке Сборник тезисов международной конференции «Машины, технологии и материалы для современного машиностроения», посвященная 80-летию Института машиноведения им А.А. Благонравова РАН. М.: ИМАШ РАН, с. 105 (год публикации - 2018)

7. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. О некоторых особенностях самосинхронизации вблизи резонанса двух дебалансных вибровозбудителей Сборник тезисов международной конференции «Машины, технологии и материалы для современного машиностроения», посвященная 80-летию Института машиноведения им А.А. Благонравова РАН. М.: ИМАШ РАН, с. 131 (год публикации - 2018)

Публикации

1. Лян И.П., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. On the issue of energy consumption of vibration technological machines IOP Conference Series: Materials Science and Engineering / IOP Publishing (год публикации - 2020)

2. Афанасьева А.А., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Influence of geometric and physical Windbelt system parameters on instability pattern IOP Conference Series: Materials Science and Engineering / IOP Publishing (год публикации - 2020)

3. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Resonant adjustment of vibrating machines with unbalance vibroexciter. Problems and solutions Proceedings of 14th International Conference on Electromechanics and Robotics “Zavalishin’s Readings”, Smart Innovation, Systems and Technologies, Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2020, v. 154, p. 51-62 (год публикации - 2019)
10.1007/978-981-13-9267-2_5

4. Афанасьева А.А., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Нелинейная динамика тонкой узкой ленты в воздушном потоке Проблемы машиностроения и надежности машин, 2019, № 7, с. 64–71 (год публикации - 2019)
10.1134/S0235711919070022

5. Крестниковский К.В., Лян И.П., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Determination of mass-geometric characteristics of self-regulating debalance of an inertial vibration exciter Vibroengineering Procedia. 2019, V. 25, v. 25, p.70-75 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20810

6. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Self-synchronization features of inertial vibration exciters in two-mass system Journal of Vibroengineering, V. 21, Is. 2. pp. 498-506 (год публикации - 2019)
10.21595/jve.2019.20083

7. Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Долгов М.А., Пановко Г.Я. Interaction model of one jaw of a vibrating jaw crusher with the processed rock, taking into account the properties of the electric motor IOP Conference Series: Materials Science and Engineering / IOP Publishing (год публикации - 2020)

8. Гуськов А.М., Гуськов M.А., Тунг Д.Д., Пановко Г.Я. Nonlinear regenerative dynamics analysis of multi-cutter turning process Russian Journal of Nonlinear Dynamics, Vol. 15, no 2, pp. 145-58 (год публикации - 2019)
10.20537/nd190204

9. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Проблемы самосинхронизации вибровозбудителей вблизи зон резонансных колебаний механических систем XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сборник трудов в 4 томах. Т. 1: Общая и прикладная механика.— Уфа: РИЦ БашГУ, 2019.—780 с., Т. 1: Общая и прикладная механика.— Уфа: РИЦ БашГУ, 2019. c. 385-387 (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-congress-v1

10. Лян И.П., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Сравнительный анализ эффективности использования вибрационных технологических машин в резонансных и зарезонансных режимах работы Обогащение руд, №6, стр. 40-46 (год публикации - 2019)
10.17580/or.2019.06.08

11. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. On the synchronization of two unbalance vibration exciters, mounted on a resiliently supported rigid body near resonance Nonlinear Dynamics and Control: Nonlinear Dynamics of Structures, Systems and Devices // Proceedings of the Conference NODYCON, Volume II. Springer, Vol. 2, p. 225-234 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-34747-5_31

12. Гуськов А.М., Пановко Г.Я., Динь Дук Тунг Effect of the compliance of the part on the double-turning process Nonlinear Dynamics and Control: Nonlinear Dynamics of Structures, Systems and Devices // Proceedings of the Conference NODYCON, Volume II. Springer, Vol. 2 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-34713-0_50

13. Пановко Г.Я., Шохин А.Е., Гуськов А.М. To the issue of control resonant oscillations of a vibrating machine with two self- synchronizing inertial exciters Lecture Notes in Mechanical Engineering: Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems (ICOVP 2019) (год публикации - 2020)

14. Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Nonlinear dynamics of a jaw crusher taking into account the interaction with the rock Lecture Notes in Mechanical Engineering: Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems (ICOVP 2019) (год публикации - 2020)

Публикации

1. Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Interaction model of one jaw of a vibrating jaw crusher with the processed rock, taking into account the properties of the electric motor IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 747, 012047 (год публикации - 2020)
10.1088/1757-899X/747/1/012047

2. Лян И.П., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. On the issue of energy consumption of vibration technological machines IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 747, 012055 (год публикации - 2020)
10.1088/1757-899X/747/1/012055

3. Афанасьева А.А., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Influence of geometric and physical Windbelt system parameters on instability pattern IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 747, 012045 (год публикации - 2020)
10.1088/1757-899X/747/1/012045

4. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Resonant Adjustment of Vibrating Machines with Unbalance Vibroexciter. Problems and Solutions Smart Innovation, Systems and Technologies. Springer, Singapore, vol. 154, p. 51-62 (год публикации - 2020)
10.1007/978-981-13-9267-2_5

5. Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Nonlinear Dynamics of a Jaw Crusher Taking into Account the Interaction with the Rock Conference on Vibration Problems, Lecture Notes in Mechanical Engineering (год публикации - 2021)
10.1007/978-981-15-8049-9_34

6. Гуськов А., Пановко Г.Я., Тунг Д. Effect of the Compliance of the Part on the Double-Turning Process Nonlinear Dynamics of Structures, Systems and Devices, Vol. 1, p. 503-511 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-34713-0_50

7. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. On the synchronization of two unbalance vibration exciters, mounted on a resiliently supported rigid body near resonance Nonlinear Dynamics and Control, Vol. 2, p. 305-314 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-34747-5_31

8. Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Динамика резонансных вибромашин с самосинхронизирующимися дебалансными вибровозбудителями АНО "Ижевский институт компьютерных исследований", Ижевск (год публикации - 2020)

9. Афанасьева А.А., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Nonlinear dynamics of a thin narrow ribbon in an airflow VIBROENGINEERING PROCEDIA, Vol. 32, p. 105-110 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21359

10. Гуськов А.М., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. To the issue of control resonant oscillations of a vibrating machine with two self-synchronizing inertial exciters In Book: Sapountzakis E.J., Banerjee M., Biswas P., Inan E. (eds) Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems. Lecture Notes in Mechanical Engineering.Springer, Singapore. 2021, Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems, 2021, pp. 515-526 (год публикации - 2021)
10.1007/978-981-15-8049-9_32

11. Альтушуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я. Моделирование взаимодействия обрабатываемой породы с вибрационной щековой дробилкой Проблемы машиностроения и надежности машин, № 1, 2021, с. 33-44 (год публикации - 2021)
10.31857/S0235711921010053

12. Лян И.П., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. Моделирование вибрационной машины с пространственными колебаниями рабочего органа Сборник трудов Международной инновационной конференции молодых учёных и студентов по современным проблемам машиноведения - МИКМУС-2020 (год публикации - 2021)

13. Альтшуль Г.М., Гуськов А.М., Пановко Г.Я, Влияние технологической нагрузки на устойчивость синхронного противофазного движения щек вибрационной дробилки Сборник трудов Международной инновационной конференции молодых учёных и студентов по современным проблемам машиноведения - МИКМУС-2020 (год публикации - 2021)

14. Гуськов А.М., Пановко Г.Я., Шохин А.Е. To the issue of control resonant oscillations of a vibrating machine with two self-synchronizing inertial exciters In Book: Sapountzakis E.J., Banerjee M., Biswas P., Inan E. (eds) Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems. Lecture Notes in Mechanical Engineering.Springer, Singapore. 2021, pp. 515-526, Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems, 2021, pp. 515-526 (год публикации - 2021)
10.1007/978-981-15-8049-9_32