Розрахунок оптимальних параметрів установки для віброабразивної обробки декоративних елементів з активним робочим органом
DOI:
https://doi.org/10.26906/znp.2023.61.3853Ключові слова:
віброабразивна обробка, галтовка, активний робочий орган, математична модель динамічної взаємодії робочого органу і деталі віброустановки, оптимальні параметри, фазовий зсув коливань робочого органу і деталіАнотація
Запропоновано розрахунок оптимальних параметрів числовим методом віброустановки нової конструкції з активним робочим органом. Наведена нова принципова схема обладнання є модифікацією відомої УВВ-04, що містить керований механічний збуджувач кутових коливань, до якої введено додатково робочу камеру обробки з активним робочим органом, оберти якого регулюються окремим приводом. Методом моделювання системи як масово-пружинної демпферної системи та гармонійного Фур’є-аналізу коливань отримано математична модель динамічної взаємодії робочого органу і деталі, з врахуванням додаткових сил тертя, кутом нахилу, пружних і демпфуючих сил, що часто ігноруються в попередніх дослідженнях, і більш точно описує динамічні взаємодії у системі та дозволяє встановити шляхи оптимізації. Модель може бути розширена та вдосконалена з урахуванням конкретних вимог і особливостей оброблюваних деталей. Визначено ключові параметри - фазовий зсув між коливаннями робочого органу, деталі та абразиву. Наведено приклад розрахунку оптимальних параметрів методом чисельного розв'язання системи диференційних рівнянь за допомогою методу Рунге-Кутта. Запропоновано алгоритм визначення оптимальних параметрів з використанням методу градієнтного спуску. Цільова функція оптимізацї включає мінімізацію фазового зсуву та амплітуди коливань робочого органу та деталі По результатам обчислень побудовано часові графіки залежностей величини фазового зсуву коливань деталі та робочого органу, амплітуди. Проведено їх порівняльний аналіз до і після оптимізації, який засвідчив досягнення мінімальних величин фазового зсуву коливань, максимальної амплітуди зі збереженням стійкості системи, синхронізацію коливань робочого органу і деталі. Це є передумовою забезпечення рівномірного контакту між робочим органом та деталлю, покращує передачу енергії, приводить до зменшення енерговитрат та собівартості вібротехнологічного процесу з підвищенням ресурсу міцності та надійності обладнання. Запропонований метод може бути використаний в прикладних задачах на виробництві.
Посилання
1. Jia, L., Wang, C., Liu, Z. (2023). Multifrequency controlled synchronization of four inductor motors by the fixed frequency ratio method in a vibration system. Scientific Reports, 13, 2467. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29603-y
https://doi.org/10.1038/s41598-023-29747-2
2. Blekhman, I.I. (2000). Vibrational Mechanics: Nonlinear Dynamic Effects, General Approach, Applications. World Scientific. DOI: https://doi.org/10.1142/9789812794659
https://doi.org/10.1142/3771 DOI: https://doi.org/10.1142/3771
3. Zou, M., Fang, P., Hou, Y., Wang, Y., Hou, D., Peng, H. (2021). Synchronization analysis of two eccentric rotors with double-frequency excitation considering sliding mode control. Journal of Communication Nonlinear Science and Numerical Simulation, 92, 105458. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2020.105458
https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2021.105458
4. Khalil, H.K., Strangas, E.G., Jurkovic, S. (2009). Speed Observer and reduced nonlinear model for sensorless control of induction motors. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 17(2), 327-339.. DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2008.2000977
https://doi.org/10.1109/TCST.2008.2006697
5. Andrievsky, B.R., Blekhman, I.I., Blekhman, L.I., Boikov, V.I., Vasil’kov, V.B., Fradkov, A.L. (2016). Education and research mechatronic complex for studying vibration devices and processes. Problems of Mechanical Engineering and Reliability of Machines, 4, 90-97 DOI: https://doi.org/10.3103/S1052618816030031
6. Hashemnia, K., Mohajerani, A., & Spelt, J. K. (2013). Development of a laser displacement probe to measure particle impact velocities in vibrationally fluidized granular flows. Powder Technology, 235, 940-952. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.12.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.12.001
7. Hashimoto, F., Johnson, S. P., & Chaudhari, R. G. (2016). Modeling of material removal mechanism in vibratory finishing process. CIRP Annals, 65(1), 325-328. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.04.011 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.04.011
8. Fleischhauer, E., Azimi, F., Tkacik, P., Keanini, R., & Mullany, B. (2016). Application of particle image velocimetry (PIV) to vibrational finishing. Journal of Materials Processing Technology, 229, 322-328. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.09.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.09.017
9. Mullany, B., Shahinian, H., Navare, J., Azimi, F., Fleischhauer, E., & Tkacik, P. (2017). The application of computational fluid dynamics to vibratory finishing processes. CIRP Annals, 66(1), 309-312. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.087 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.087
10. Tian, Y. B., Zhong, Z. W., & Tan, S. J. (2016). Kinematic analysis and experimental investigation on vibratory finishing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 86(9-12), 3113-3121. https://doi.org/10.1007/s00170-016-8378-x DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-016-8378-x
11. Kang, Y. S., Hashimoto, F., Johnson, S. P., & Rhodes, J. P. (2017). Discrete element modeling of 3D media motion in vibratory finishing process. CIRP Annals, 66(1), 313-316. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.092 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.092
12. Serdyuk L. The controlled vibromachines / L. Serdyuk // Jubilee scientific conferens. University of architecture, civil ingineering and geodezy. – Sofia : UACIG, 2007. – P. 43 – 48.
13. Zhygilii, S. M., & Dyachenko, K. S. (2012). Investigation of the dynamics of the unbalanced shaft of the controlled vibration exciter UVV-03. Collection of Scientific Works. Series: Industry Engineering, Construction, Poltava National Technical University, 2012, Issue 2 (32), pp. 159-164
14. Korobko, B.О., Bugrov, D.Yu. (2024). Development of a setup for vibratory abrasive treatment of surfaces of decorative elements with an active working tool. Vibrations in engineering and technology, 2024(1), 1-10. https://doi.org/10.37128/2306-8744-2024-1-1 DOI: https://doi.org/10.37128/2306-8744-2024-1-1
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Дмитро Бугров, Тетяна Бугрова
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Published 2023-12-21
