ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Существующие конструкции перемешивающих устройств работают при постоянной угловой скорости рабочего органа. При осуществлении данного процесса возникают зоны, в которых движение материала может отсутствовать. При этом качество готовой продукции снижается. При совершении рабочим органом движения с переменной угловой скоростью силы инерции при смене их знака способствуют созданию условий, при которых смесь будет терять контакт с лопастью и переходить на новые уровни движения, а это способствует повышению качества и интенсивности процесса перемешивания. Цель работы повышение качества перерабатываемой смеси на лопастных горизонтальных машинах. Методы. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений теории машин и механизмов, структурного и параметрического синтеза, кинематического анализа, математического и компьютерного моделирования. Результаты и обсуждения. В соответствии с предложенной методикой был проведен синтез кулачково-кулисного механизма, позволивший подобрать основные размеры для кулачкового механизма: минимальный радиус и межосевое расстояние. Для синтеза кулисной группы были использованы параметры синтезированного кулачкового механизма и, используя основные параметры, для кулисной группы (размер входного звена, угол начального положения второго плеча коромысла и оси кулисы, равный 90°). Получен угол размаха для коромысла, равный 103°. В результате проведенного кинематического расчета установлено, что выстой рабочих валов находится в пределах 80°. Качество смеси можно оценить по углу застойной зоны, который образуется при движении сыпучего материала. В статических условиях он равен 0,846°, а при переменной угловой скорости – 0,550°. Теоретически подтверждено, что инерционные силы, меняющие знак четыре раза за один цикл, обеспечат встряхивание и отскок перемешиваемой массы от лопастей, что, в свою очередь, позволит существенно повысить качество смеси.

1. Topology and dimension synchronous optimization design of 5-DoF parallel robots for in-situ machining of large-scale steel components / K. Chen, M. Wang, X. Huo, P. Wang, T. Sun // Mechanism and Machine Theory. – 2023. – Vol. 179. – P. 105105. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2022.105105.

2. Flores P., Souto A.P., Marques F. The first fifty years of the Mechanism and Machine Theory: Standing back and looking forward // Mechanism and Machine Theory. – 2018 – Vol. 125. – P. 8–20. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.017.

3. Hsieh J.-F. Design and analysis of indexing cam mechanism with parallel axes // Mechanism and Machine Theory. – 2014. – Vol. 81. – P. 155–165. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2014.07.004.

4. Eckhardt H.D. Kinematic design of machines and mechanisms. – 1st еd. – New York: McGraw-Hill, 1998. – 620 p. – ISBN 0070189536. – ISBN 978-0070189539.

5. Design of compliant mechanisms using continuum topology optimization: a review / B. Zhu, X. Zhang, H. Zhang, J. Liang, H. Zang, H. Li, R. Wang // Mechanism and Machine Theory. – 2012. – Vol. 143. – P. 103622. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.103622.

6. Erdman A.G., Sandor G.N. Mechanism design: analysis and synthesis. – 4th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2001. – 688 p. – ISBN 0130408727. – ISBN 978-0130408723.

7. Мудров А.Г. Конструкции и модель смешения в аппаратах с мешалкой // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2018. – № 1 (43). – С. 226–233.

8. Демин О.В. Анализ работы различных видов смесителей сыпучих материалов периодического действия // Труды ТГТУ: сборник научных статей молодых ученых и студентов. – Тамбов, 2001. – Вып. 8. – С. 109–114.

9. Авторское свидетельство № 1253560 A1 СССР, МПК A21C 1/06. Тестомесильная машина: № 3770602: заявл. 11.07.1984: опубл. 30.08.1986, Бюл. № 32 / Г.В. Церцвадзе, Н.К. Залдастанишвили, З.С. Нацвлишвили; заявитель Грузинский политехнический институт.

10. Патент № 2455826 C1 Российская Федерация, МПК A21C 1/06. Тестомесильная машина непрерывного действия: № 2011105541/12: заявл. 14.02.2011: опубл. 20.07.2012 / Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Войнова Е.В.; заявитель Новосибирский государственный технический университет.

11. Патент № 2752158 C1 Российская Федерация, МПК A21C 1/06. Тестомесильная машина непрерывного действия: № 2020140014: заявл. 07.12.2020: опубл. 23.07.2021 / Подгорный Ю.И., Кириллов А.В., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Огородников В.А.; заявитель Новосибирский государственный технический университет.

12. Perez A., McCarthy J.M. Dimensional synthesis of Bennett linkages // ASME. Journal of Mechanical Design. – 2003. – Vol. 125, iss. 1. – P. 98–104. – DOI: 10.1115/1.1539507.

13. Myszka D.H. Machines and mechanisms: applied kinematic analysis. – 4th ed. – Pearson, 2012. – 576 p. – ISBN 0-13-215780-2. – ISBN 978-0-13-215780-3.

14. Rao J.S., Dukkipati R.V. Mechanism and machine theory. – 2nd ed. – New Delhi: New Age International, 2008. – 600 p. – ISBN 812240426X. – ISBN 978-8122404265.

15. Youssef H.A., El-Hofy H. Machining technology: machine tools and operations. – Hoboken: Taylor & Francis Group, 2008. – 672 p. – ISBN 9781420043396.

16. Shabana A.A. Dynamic of multibody systems. – 4th ed. – Cambridge: Cambridge University Press, 2013. – 393 p. – ISBN 978-1107042650. – ISBN 1107042658.

17. Advanced theory of mechanisms and machines / M.Z. Kolovsky, A.N. Evgrafov, Yu.A. Semenov, A.V. Slousch. – 1st ed. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2000. – 396 p. – (Foundations of Engineering Mechanics). – ISBN 978-3-642-53672-4. – eISBN 978-3-540-46516-4. – DOI: 10.1007/978-3-540-46516-4.

18. Astashev V.K., Babitsky V.I., Kolovsky M.Z. Dynamics and control of machines. – 1st ed. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2000. – 235 p. – ISBN 978-3-642-53698-4. – eISBN 978-3-540-69634-6. – DOI: 10.1007/978-3-540-69634-6.

19. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с. – ISBN 5-02-013810-X.

20. Hendrickson C.T., Janson B.N. A common network flow formulation for several civil engineering problems // Civil Engineering Systems. – 1984. – Vol. 1, iss. 4. – P. 195–203. – DOI: 10.1080/02630258408970343.

21. Battarra M., Mucchi E. Analytical determination of the vane radial loads in balanced vane pumps // Mechanism and Machine Theory. – 2020. – Vol. 154. – P. 104037. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.104037.

22. Neugebauera R., Denkena B., Wegener K. Mechatronic systems for machine tools // CIRP Annals. – 2007. – Vol. 56, iss. 2. – P. 657–686. – DOI: 10.1016/j.cirp.2007.10.007.

23. Novotný P., Jonák M., Vacula J. Evolutionary optimisation of the thrust bearing considering multiple operating conditions in turbomachinery // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – Vol. 195. – P. 106240. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106240.

24. A practical approach to motion control for varying inertia systems / T. Kaipio, L. Smelov, C. Morgan, N. Leighton // Progress in system and robot analysis and control design / ed. by S.G. Tzafestas, G. Schmidt. – London: Springer, 1999. – P. 195–204. – (Lecture Notes in Control and Information Sciences; vol. 243). – DOI: 10.1007/BFb0110545.

25. Rothbart H.A. Cam design handbook. – New York: McGraw-Hill Professional, 2003. – 606 p. – ISBN 0071377573. – ISBN 978-0875841830.

26. Проектирование кулачкового механизма с учетом технологической нагрузки и энергетических затрат / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, О.В. Максимчук, П.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 2. – С. 17–27. – DOI: 10.17212/1994-6309-2017-2-17-27.

27. Синтез закона движения механизма прибоя уточных нитей станка СТБ с приводом от кулачков / Ю.И. Подгорный, А.В. Кириллов, В.Ю. Иванцивский, Д.В. Лобанов, О.В. Максимчук // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 47–58. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-47-58.

28. Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. К вопросу об ограничении неравномерности движения технологической машины в заданных пределах // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 2. – С. 67–77. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-67-77.

29. Vulfson I. Dynamics of cyclic machines. – Cham: Springer International, 2015. – 390 p. – (Foundations of Engineering Mechanics). – ISBN 978-3-319-12633-3. – eISBN 978-3-319-12634-0. – DOI: 10.1007/978-3-319-12634-0.

30. Ondrášek J. The synthesis of a hook drive cam mechanism // Procedia Engineering. – 2014. – Vol. 92. – P. 320–329. – DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.129.

31. Mott R.L. Machine elements in mechanical design. – 5th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2013. – 816 p. – ISBN 0135077931. – ISBN 978-0135077931.

32. Design and analysis of high-speed cam mechanism using Fourier series / C. Zhou, B. Hu, S. Chen, L. Mac // Mechanism and Machine Theory. – 2016. – Vol. 104. – P. 118–129. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.05.009.

33. Theoretical analysis of compliance and dynamics quality of a lightly loaded aerostatic journal bearing with elastic orifices / V. Kodnyanko, S. Shatokhin, A. Kurzakov, Y. Pikalov // Precision Engineering. – 2021. – Vol. 68. – P. 72–81. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2020.11.012.

34. Xu L.X., Chen B.K., Li C.Y. Dynamic modelling and contact analysis of bearing-cycloid-pinwheel transmission mechanisms used in joint rotate vector reducers // Mechanism and Machine Theory. – 2019. – Vol. 137. – P. 432–458. – DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.03.035.

35. A semi-analytical load distribution model for cycloid drives with tooth profile and longitudinal modifications / T. Zhang, X. Li, Y. Wang, L. Sun // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, iss. 14. – P. 4859. – DOI: 10.3390/app10144859.

36. Robust design optimization of the vibrating rotor-shaft system subjected to selected dynamic constraints / R. Stocki, T. Szolc, P. Tauzowski, J. Knabel // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2012. – Vol. 29. – P. 34–44. – DOI: 10.1016/j.ymssp.2011.07.023.

37. Fomin A., Paramonov M. Synthesis of the four-bar double-constraint mechanisms by the application of the Grubler's method // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 150. – P. 871–877. – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.034.

38. To the theory of mechanisms subfamilies / A. Fomin, L. Dvornikov, M. Paramonov, A. Jahr // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 124. – P. 012055. – DOI: 10.1088/1757-899X/124/1/012055.

39. Algorithm for determining the unbalances of continuous mixers rotors / Yu.I. Podgornyj, T.G. Martynova, V.Yu. Skeeba, D.V. Lobanov, N.V. Martyushev // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1061. – P. 012071. – DOI: 10.1088/1742-6596/2061/1/012071.

40. Першин В.Ф., Пасько А.А., Демин О.В. Моделирование движения пластины в сыпучем материале // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2002. – Т. 8, № 3. – С. 444–449.