Вибрационные технологии переработки различных материалов в передовых интеллектуальных производствах - теория, моделирование, основы создания мехатронных комплексов для их реализации

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 17-79-30056

НазваниеВибрационные технологии переработки различных материалов в передовых интеллектуальных производствах - теория, моделирование, основы создания мехатронных комплексов для их реализации

Руководитель Вайсберг Леонид Абрамович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Научно-производственная корпорация "Механобр-техника" (акционерное общество) , г Санкт-Петербург

Конкурс №25 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова Вибрационные эффекты, динамические системы, резонанс, дезинтеграция, сепарация, сыпучие и жидкие среды, мехатроника, аддитивные технологии, интеллектуальные производства

Код ГРНТИ30.15.12, 30.15.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основной научной проблемой, рассматриваемой в данном проекте, является установление закономерностей, описание и прогнозирование многочисленных новых физических явлений и эффектов поведения различных систем и сред, демонстрирующих их неординарный отклик на вибрационные воздействия, в том числе, и в комбинированных силовых полях. Актуальность проблемы определяется фактическим наличием многочисленных новых, неизученных полностью физических явлений и эффектов, возникающих в поведении различных систем и сред при вибрационных воздействиях, особенно при наличии ещё и дополнительных силовых полей. Создание общей теории подобных явлений и эффектов позволит сформулировать основные принципы и методики создания энерго- и ресурсосберегающих мехатронных технологических комплексов для дальнейшей промышленной реализации новых технологий в передовых интеллектуальных производствах. Новый класс вибрационных технологий будет предназначен для переработки самых различных материалов, в первую очередь, конструкционных наноматериалов, отличающихся исходной крупностью и формой – крупнокусковая масса с размерами отдельных её составляющих до 300 мм, порошковые смеси и составы с максимальной крупностью частиц от 5 до 10 мм и минимальной от 10 до 100 мкм. Технологические потоки указанных материалов могут быть самыми различными и колебаться в широких пределах: в одних случаях это килограммы в час, в других случаях потребуются новые агрегаты с часовой производительностью до сотен тонн в час. В рамках общей проблемы в данном проекте выделяются следующие задачи: - исследование и разработка вибрационных динамических систем с энергетически оптимальным типом возбуждения колебаний, обеспечивающих избирательную, заранее заданную по технологическим соображениям форму колебаний и форму воздействия на перерабатываемый материал; - аналитическое описание и численное моделирование поведения сыпучих сред в комбинированных силовых полях, где доминирующими являются вибрационные воздействия, что позволит на последующем этапе разработать общий подход к созданию мехатронных устройств высокой производительности и низкой энергоёмкости для механической классификации сыпучих (порошковых) материалов по крупности, по форме, а также по электрическим и магнитным свойствам, причем в условиях вибрационных воздействий высокой интенсивности; - изучение и описание поведения при вибрационных воздействиях жидких сред и структурированных суспензий дисперсных материалов с целью создания технологий и мехатронных устройств вибрационного типа для виброаэрации, перемешивания, осаждения, осветления, что позволит также обеспечить энергоэффективность и заметное снижение потребления во многих технологиях пресной воды за счёт переработки более плотных суспензий. В целом проект посвящён полезному применению вибраций в технологиях, выявлению и использованию тех многочисленных возможностей, которые обеспечиваются принципиально новыми явлениями и эффектами поведения материалов в этих условиях: это энерго- и ресурсосбережение, повышение качества готовых продуктов по основным потребительским параметрам, надёжная управляемость, обеспечивающая возможность создания мехатронных комплексов, встраиваемых в передовые интеллектуальные производства во многих сферах промышленности и, следовательно, экономики Российской Федерации. К указанной научной проблеме и её практическому использованию проявляется серьёзный интерес во многочисленных российских и мировых университетских исследовательских центрах, а также в лабораториях известных фирм, выпускающих аналогичную технику, соответствующую нынешнему технологическому укладу. Исследования ведутся не только в 3 – 4-х научных коллективах в Российской Федерации, но и в университетских центрах за рубежом: технический университет г. Копенгаген, Дания; технический университет г. Делфт, Нидерланды; технологический институт г. Карлсруэ, Германия; технический университет г. Мюнхен, Германия и других. Прототипы машин, соответствующих предыдущему технологическому укладу и без мехатронного управления производят 5-6 ведущих фирм мира, в частности в SIEBTECHNIK GMBH, RHEWUM GMBH, METSO MINERALS, SANDVIK, TELSMITH, HAVER&BOECKER GMBH. Однако, ведущее положение организации, которая подготовила и подаёт заявку – Научно-производственной корпорации «Механобр – техника» - подтверждается наличием у неё устойчивого экспорта продукции, соответствующей нынешнему технологическому укладу, в 25 стран мира, в том числе в те, которые считаются высокотехнологичными. Особенность НПК "Механобр-техника" и её лаборатории вибрационной механики, в которой будет выполняться проект, состоит в том, что в ней функционирует полный инновационный цикл - от фундаментальных исследований и получения нового научного знания до разработки на этой основе новых передовых интеллектуальных технологий и дальнейшего перехода к ОКР (опытно-конструкторским работам), постановки новых машин и агрегатов на промышленное производство, поставки их потребителям, технологической отладки и обучения персонала, обеспечения всего жизненного цикла изделий запасными частями. Количество установок, машин, комплектных технологических линий, разработанных в НПК "Механобр-техника", на новых и реконструированных предприятиях горно-металлургического комплекса, химической и фармацевтической отрасли, строительной индустрии, машиностроения и ряда других отраслей превышает десятки тысяч единиц; причём это технологии уровня для дезинтеграции, сепарации и других видов переработки материалов различного происхождения, в том числе, искусственного, реализующие именно направленные вибрационные воздействия. Предлагаемые исследования, являясь по сути фундаментальными, имеют в то же время, выраженный прикладной характер, что позволит оперативно перейти к стадии ОКР, используя для этого другие источники финансирования (за пределами данного проекта). Предполагается, что часть новой продукции в виде энерго- и ресурсосберегающих мехатронных комплексов для промышленной реализации новых технологий в передовых интеллектуальных производствах будет полностью подготовлена и предложена рынку уже к моменту полного завершения данного проекта, то есть к концу 4-го года. В первую очередь, это будут технологии и устройства, базирующиеся на результатах исследований первых двух лет проекта. При полном завершении проекта в течение 2-х последующих лет будет налажен промышленный выпуск полного комплекса новой продукции по результатам всего цикла исследований. В том числе, будут полностью укомплектованы технологические линии для подготовки порошковых материалов различной крупности и состава для широкомасштабного развития и применения аддитивных технологий. С учётом положительного опыта НПК "Механобр- техники" в экспортных поставках высокотехнологичной продукции по собственным разработкам, планируется, что все вновь создаваемые в рамках данного проекта технологии и комплексы будут также экспортно-ориентированы. За время выполнения проекта будет опубликовано не менее 40 статей в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, будут ежегодно проводиться школы молодых учёных, будут частично откорректированы учебные программы в нескольких вузах, прочитаны объёмные курсы лекций, что позволит наряду с получением нового научного знания и дальнейшей его коммерциализации в экономике России, использовать его также для подготовки инновационно-ориентированных инженерных и научных кадров, в том числе, и на базе собственного, существующего в организации Научно-образовательного центра.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Арутюнян А.Р., Арутюнян Р.А. Condition for transition to an unstable state (necking) of a specimen in tension Journal of Physics: Conference Series, Volume 991, conference 1 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/991/1/012005

2. Шишкин Е.В., Казаков С.В. Vibration cone crusher for disintegration of solid materials IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 194, 3 (год публикации - 2018)
10.1088/1755-1315/194/3/032027

3. Белоглазов И. И., Степанян А. С., Феоктистов А. Ю., Юсупов Г. А. Моделирование процесса дезинтеграции в щековой дробилке со сложным качанием щек Обогащение руд, № 2, с.3–8. (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.02.01

4. Блехман И.И., Сорокин В.С. On a "deterministic" explanation of the stochastic resonance phenomenon Nonlinear Dynamics, Volume 93, Issue 2, pp 767–778 (год публикации - 2018)
10.1007/s11071-018-4225-y

5. Вайсберг Л. А., Каменева Е. Е., Никифорова В. С. Микротомографические исследования порового пространства горных пород как основа совершенствования технологии их дезинтеграции Обогащение руд, № 3, с. 51–55 (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.03.09

6. Вайсберг Л.А., Сафронов А.Н., Никонов И.Н., Селменский Г.Е. Investigation Of Vibrational Technology Of Shungite Processing As The Basis Of A Promising Mineral Fodder Additive For Poultry Farming Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, № 9, стр 973-980 (год публикации - 2018)

7. Сорокин В.С., Демидов И.В. Motion of a Pendulum with Damping and Vibrating Axis of Suspension at Unconventional Values of Parameters AIP Conference Proceedings, 1959, 080013 (2018) (год публикации - 2018)
10.1063/1.5034730

8. Вайсберг Л. А., Сафронов А. Н. О применении вибрационной дезинтеграции для переработки различных материалов Обогащение руд, № 1, с. 3–11 (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.01.01

9. Гладкова В.В, Казаков С.В, Карапетян К.Г., Отрощенко А.А. Вибрационная переработка особо хрупкого минерального материала Обогащение руд, № 2, с. 8–12 (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.02.02

10. Кремер Е.Б. Low-frequency dynamics of systems with modulated high-frequency stochastic excitation Journal of Sound and Vibra tion, 437 (2018) 422-436 (год публикации - 2018)
10.1016/j.jsv.2018.08.053

11. Бортников А. В., Самуков А. Д. Вибрационная дезинтеграция в рудоизмельчительных переделах обогатительных фабрик Обогащение руд, № 5, с. 3–10 (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.05.01

12. Сорокин В.С., Блехман И.И. On the stochastic resonance phenomenon in parametrically excited systems European Journal of Applied Mathematics, Published online: 26 September 2018, pp. 1-18 (год публикации - 2018)
10.1017/S0956792518000608

13. Устинов И. Д., Балдаева Т. М. Вибрационная классификация по крупности. Термодинамическая модель Обогащение руд, № 1, с. 12–16 (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.01.02

14. Бизяев О. Ю., Устинов И. Д., Балдаева Т. М. Испытание технологии полиградиентной вибрационной классификации Обогащение руд, № 4, с. 3–6 (год публикации - 2018)
10.17580/or.2018.04.01

15. Вайсберг Л.А., Казаков С.В., Шишкин Е.В. Vibrational disintegration of solid materials in quasiresonant modes IMPC 2018 - 29th International Mineral Processing Congress, p. 297-304 (год публикации - 2019)

16. Вайсберг Л.А. Generalized theory of vibratory separation of granular materials IMPC 2018 - 29th International Mineral Processing Congress, p. 384-389 (год публикации - 2019)

17. Вайсберг Л.А., Сафронов А.Н., Никонов И.Н., Зубков Д.Г. Технологии вибрационной переработки отсевов шунгитовой породы для получения эффективного сорбента микотоксинов Экология и промышленность России, Т. 23. № 7. С. 10–14 (год публикации - 2019)
10.18412/1816-0395-2019-07-10-14

18. Вайсберг Л.А., Сафронов А.Н. Дробильно-измельчительное оборудование вибрационного действия для переработки сырья и промышленных отходов Экология и промышленность России, Т. 23. № 7. С. 4–9 (год публикации - 2019)
10.18412/1816-0395-2019-07-4-9

19. Самуков А.Д. Комплексная переработка отходов щебеночных производств Экология и промышленность России, Т. 23. № 7. С. 15–19 (год публикации - 2019)
10.18412/1816-0395-2019-07-15-19

20. Блехман И.И., Кремер Е.Б Stochastic resonance as the averaged response to random broadband excitation and its possible applications Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol 233, Issue 23-24 (год публикации - 2019)
10.1177/0954406219842283

21. Устинов И.Д. Вибрационная технология рециклинга минеральной части отходов снегоплавления Обогащение руд, № 2, стр. 45-48 (год публикации - 2019)
10.17580/or.2019.01.08

22. Вайсберг Л.А., Каменева Е.Е. Исследование изменения структуры пористости горных пород на разных этапах нагружения Обогащение руд, № 3, стр. 37-42 (год публикации - 2019)
10.17580/or.2019.03.06

23. Блехман И.И., Васильков В.Б., Семенов Ю.А. On vibrotransportation of a material on a surface performing rotary oscillations Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 13-19 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20745

24. Блехман И.И., Блехман Л.И., Вайсберг Л.А., Васильков В.Б. Энергозатраты в вибрационных транспортно-технологических машинах Обогащение руд, № 1, стр. 18-27 (год публикации - 2019)
10.17580/or.2019.01.03.

25. Братов В.А., Кривцов А.М. Analysis of energy required for initiation of inclined crack under uniaxial compression and mixed loading Engineering Fracture Mechanics, Volume 216, 106518 (год публикации - 2019)
10.1016/j.engfracmech.2019.106518

26. Вайсберг Л.А. Vibration technology research achievements of the Mekhanobr scientific school and their practical implementation Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 76-82 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20820

27. Вайсберг Л.А., Кононов О.В., Устинов И.Д. Process Mineralogy as a Basis of Molybdoscheelite Ore Preparation ICAM 2019, SPEES, pp. 152–156 (год публикации - 2019)
10.1007/978-3-030-22974-0_36

28. Вайсберг Л.А., Каменева Е.Е. Microtomographic Study of Gabbro-Diabase Structural Transformations Under Compressive Loads ICAM 2019, SPEES, pp. 146–151 (год публикации - 2019)
10.1007/978-3-030-22974-0_35

29. Герасимов А.М., Лазарева В.В. Vibration effects on colloidal gas-liquid systems Vibroengineering PROCEDIA, p. 32-35 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20779

30. Демидов И.Д., Вайсберг Л.А., Блехман И.И. Vibrational dynamics of paramagnetic particles and processes of separation of granular materials International Journal of Engineering Science, Volume 141, Pages 141-156 (год публикации - 2019)
10.1016/j.ijengsci.2019.05.002

31. Мезенин А.О., Дмитриев С.В., Черкасова М.В. Vibration effects in conditioning of metal powders Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 36-41 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20782

32. Лапин Р.Л., Кузькин В.А. Вычисление нормальной и сдвиговой податливостей трехмерной трещины с учетом контакта между берегами Письма о материалах, №2. С.234-238 (год публикации - 2019)
10.22226/2410-3535-2019-2-234-238

33. Самуков А.Д., Черкасова М.В. Vibration recycling technologies for mining and mineral processing waste for construction purposes Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 26-31 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20778

34. Казаков С.В., Шишкин Е.В. Vibrational dynamic system for the reduction of solid materials Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 65-69 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20808

35. Морозов П.Д., Михеев С.А. Mathematical model of the vibration cone crusher with three degrees of freedom Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 42-47 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20790

36. Черкасова М.В., Самуков А.Д., Дмитриев С.В. Vibration technologies for producing metal powders Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 25, p. 208-213 (год публикации - 2019)
10.21595/vp.2019.20757

37. Лапин Р.Л., Мущак Н.Д., Цаплин В.А., Кузькин В.В., Кривцов А.М. Estimation of Energy of Fracture Initiation in Brittle Materials with Cracks State of the Art and Future Trends in Material Modeling, pp 173-182 (год публикации - 2019)
10.1007/978-3-030-30355-6_8

38. Блехман И.И., Блехман Л.И., Васильков В.Б. Engineering model of the vibrational transportation process Vibroengineering Procedia, Vol. 32, p. 26-31 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21519

39. Булдаков П.Ю., Каменева Е.Е., Кузькин В.А., Кривцов А.М. Алгоритм обработки результатов микротомографии горных пород с использованием открытого программного обеспечения Обогащение руд, № 1, стр. 3-7 (год публикации - 2020)
10.17580/or.2020.01.01

40. Вайсберг Л.А., Каменева Е.Е. X-ray computed microtomography as the basis for mineral processing improvement : review Eurasian mining, No. 1. pp. 46–52 (год публикации - 2020)
10.17580/em.2020.01.09

41. Герасимов А.М., Григорьев И.В., Устинов И.Д. Особенности определения углов естественного откоса гранулярных материалов Обогащение руд, № 4, с. 48-52 (год публикации - 2020)
10.17580/or.2020.04.08

42. Герасимов А.М., Еремина О.В., Лазарева В.В., Ясинская А.В. Vibration effects on colloidal three-phase systems Vibroengineering Procedia, Vol. 32, p. 58-61 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21546

43. Демидов И.Д., Михайлова Н.В., Ясинская А.В., Самуков А.Д. Development of the theory of vibratory injection of gas into liquid Vibroengineering Procedia, Vol. 32, p. 216-222 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21539

44. Женг А., Сорокин В.С., Ли Х. Dynamic analysis of a new autoparametric pendulum absorber under the effects of magnetic forces Journal of Sound and Vibration, Volume 485, 115549 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jsv.2020.115549

45. Кремер Е.Б. Vibrational Mechanics of Systems with Amplitude and Phase Modulation of Excitation Nonlinear Dynamics of Structures, Systems and Devices, Volume 1. Pages 35-41 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-34713-0_4

46. Черкасова М.В., Самуков А.Д., Ржанкова Н.Б., Дмитриев С.В. Energy consumption in the manufacture of metal powders by vibratory disintegration methods Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 32, p. 52-57 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21544

47. Морозов П.Д., Михеев С.А. Stochastic model of the stroke of a two-mass cone crusher Vibroengineering Procedia, Vol. 32, p. 45-51 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21542

48. Сорокин В.С. Vibrations of a nonlinear stochastic system with a varying mass under near resonant excitation Journal of Vibration and Control, Vol 26, Issue 17-18 (год публикации - 2020)
10.1177/1077546319898304

49. Черкасова М.В., Самуков А.Д., Гончаров И.Д., Мезенин А.О. Influence of the metal chips disintegration method on the physical and mechanical properties of metal powders obtained Vibroengineering PROCEDIA, Vol. 32, p. 32-37 (год публикации - 2020)
10.21595/vp.2020.21528

50. Шишкин Е.В., Казаков С.В. Application of vibratory-percussion crusher for disintegration of supertough materials IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, Volume 87, Mining machines, 022018 (год публикации - 2017)
10.1088/1755-1315/87/2/022018

51. Балдаева Т.М. Эффективность предварительного отсева мелких классов при вибрационной классификации Обогащение руд, № 5, стр. 3-6 (год публикации - 2017)
10.17580/or.2017.05.01

52. Блехман И.И., Блехман Л.И., Ярошевич Н.П. К динамике привода вибрационных машин с инерционным возбуждением Обогащение руд, № 4, стр. 49-53 (год публикации - 2017)
10.17580/or.2017.04.09

53. Аминов В.Н., Каменева Е Е., Устинов И.Д. Моделирование дробления горных пород для производства щебня Обогащение руд, № 3, стр. 3-6 (год публикации - 2017)
10.17580/or.2017.04.01

54. Блехман И.И., Кремер Е.Б. Vertical-longitudinal dynamics of vehicle on road with unevenness Procedia Engineering, т. 199, стр. 3278–3283 (год публикации - 2017)
10.1016/j.proeng.2017.09.361

55. Вайсберг Л.А., Дмитриев С.В., Мезенин А.О. Управляемые магнитные аномалии в технологиях переработки минерального сырья Горный журнал, № 10, стр. 26-32 (год публикации - 2017)
10.17580/gzh.2017.10.06

56. Шишкин Е.В., Казаков С.В. Динамика колебательной системы вибрационного устройства с пространственными движениями рабочих органов для дезинтеграции особо прочных материалов Обогащение руд, № 5, стр. 48-53 (год публикации - 2017)
10.17580/or.2017.05.08

57. Вайсберг Л.А, Каменева Е.Е. Взаимосвязь структурных особенностей и физико-механических свойств горных пород Горный журнал, № 9, стр. 53-58 (год публикации - 2017)
10.17580/gzh.2017.09.10

58. Вайсберг Л.А., Коровников А.Н., Подгородецкий Г.С. Совершенствование систем шихтоподготовки в доменном производстве Черные металлы, № 8, стр. 24-27 (год публикации - 2017)

59. Вайсберг Л.А., Кускова Я.В. Совершенствование круглых концентрационных столов как развитие гравитационных методов обогащения Обогащение руд, №4, стр. 54-60 (год публикации - 2017)
10.17580/or.2017.04.10

Публикации