К вопросу об исследованиях вибрационных и ударных характеристик акселерометров для измерения ударно-вибрационных нагрузок при измельчении горных пород в мельницах различных ти- пов

Описаны принципы выбора геометрических размеров и материала пьезоэлемента, составляющего основу ударных акселерометров. Установлены зависимости между характеристиками ударных акселерометров, которые влияют на их производительность, точность и применяемость в конкретных условиях. Произведен расчет конструктивных, прочностных и электротехнических параметров пьезоэлементов, выполненных из различных материалов. Определены наиболее эффективные пьезокерамические материалы, обеспечивающие сдвиговый режим работы пьезоэлемента. Произведены расчеты электрической емкости, величины заряда, жесткости и собственной частоты для различных геометрических параметров кольцевого сдвигового пьезоэлемента. Выявлена конструктивная схема расположения пьезоэлементов, обеспечивающая наибольшую эффективность пьезомодуля, состоящего из последовательно соединенных пьезоэлементов, выполненных из материала марки ЦТС-36. Определены геометрические размеры, емкость и жесткость кольцевого пьезоэлемента. Получены зависимости массы инерционного элемента от коэффициента Пуассона (вида материала) для различных диаметров пьезоэлемента. Доказано, что коэффициент Пуассона, который определяет вид материала, в значительной степени влияет на массу инерционного элемента. Получены зависимости чувствительности пьезоэлемента от коэффициента Пуассона (вида материала). Установлены количественные и качественные взаимосвязи, определяющие точность, быстродействие и применимость датчиков в различных условиях эксплуатации.

Редюшев А. А., Козлов Н. И., Цыганов А. Е. К вопросу об исследованиях вибрационных и ударных характеристик акселерометров для измерения ударно-вибрационных нагрузок при измельчении горных пород в мельницах различных типов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 11. – С. 145–155. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_11_0_145.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-67-00009, https://rscf.ru/project/25-67-00009/

Редюшев Андрей Андреевич¹ — директор, e-mail: redushev@globaltest.ru,
Козлов Никита Игоревич¹ — исполнительный директор, главный конструктор, e-mail: mail@globaltest.ru,
Цыганов Алексей Евгеньевич¹ — инженер-конструктор, e-mail: cyganov@globaltest.ru,
¹ ООО «ГлобалТест».

Редюшев А.А., e-mail: redushev@globaltest.ru.

1. Дмитрак Ю. В., Кравцов А. А., Адамова Л. С., Кутуев Р. Р., Цыганов А. Е. О влиянии метода математического моделирования движения мелющей загрузки в помольных камерах мельниц на точность и достоверность получаемых результатов / Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки природного и нетрадиционного минерального сырья (Плаксинские чтения — 2025): Материалы международной конференции. — Екатеринбург: Изд-во «Форт-Диалог Исеть», 2025. — С. 97—99.

2. Chanturia V. A., Dmitrak Y. V., Kravtsov A. A., Zadkov D. A., Klyuev R. V., Kondratiev V. V., Karlina A. I., Martyushev N. V. Digital simulation of rock grinding process in ball mill // Scientific Reports. 2025, vol. 15, article 45653. DOI: 10.1038/s41598-025-30289-7.

3. Матмуродов Ф. М., Расулов Н. Ф., Нематова С. Х. Динамическое моделирование функционирования четырех опорных вибрационных мельниц // Universum: технические науки. — 2025. — Т. 2. — № 1 (130). — С. 47—51. DOI: 10.32743/UniTech.2025.130.1.19212.

4. Fonte C. B., Oliveira Jr J. A., de Almeida L. C. DEM-CFD coupling: mathematical modelling and case studies using ROCKY-DEM and ANSYS Fluent / Proceedings of the 11th International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO, Melbourne, Australia. 2015, pp. 7—9.

5. Cveticanin L., Ismail G. M. Higher-order approximate periodic solution for the oscillator with strong nonlinearity of polynomial type // The European Physical Journal Plus. 2019, vol. 134, no. 6, article 266. DOI: 10.1140/epjp/i2019-12621-3.

6. Isoletta G., Cuomo F., Opromolla R., Fasano G. Characterization of space objects' attitude motion using Lomb-Scargle Periodogram / Aerospace Europe Conference 2023 — 10th EUCASS — 9th CEAS. 2023, pp. 1—15. DOI: 10.13009/EEUCASS2023-754.

7. Редюшев А. А., Козлов Н. И., Цыганов А. Е. Научный анализ теоретических и экспериментальных исследований по определению параметров ударных импульсов с применением различных типов чувствительных элементов // Устойчивое развитие горных территорий. — 2025. — Т. 17. — № 3. — С. 661—673. DOI: 10.21177/1998-4502-2025-17-3-1331-1341.

8. Yan Qin, Chun Liu, Xiaoyu Zhang, Xingang Wang A three-dimensional discrete element model of triaxial tests based on a new flexible membrane boundary // Scientific Reports. 2021, vol. 11, no. 1, article 4753. DOI: 10.1038/s41598-021-84224-7.

9. Gautschi G. Piezoelectric sensors / Piezoelectric Sensorics: Force Strain Pressure Acceleration and Acoustic Emission Sensors Materials and Amplifiers. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2002, pp. 73—91.

10. Foss G., Meloy J., Valentino M., Walter P. Sensors and their signal conditioning for dynamic acceleration, force, pressure, and sound applications / Handbook of Experimental Structural Dynamics. Springer, New York, 2022, pp. 1—57. DOI: 10.1007/978-1-4939-6503-8_33-1.

11. Yang F., Kong D., Kong L. Accurate measurement of high-frequency blast waves through dynamic compensation of miniature piezoelectric pressure sensors // Sensors and Actuators A: Physical. 2018, vol. 283, pp. 344—352. DOI: 10.1016/j.sna.2018.09.055.

12. Богуш М. В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротермоупругих моделей. — М.: Техносфера, 2014. — 312 с.

13. Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. Пер. с японского. — М.: Энергия, 1976. — 336 с.

14. Дмитрак Ю. В., Кравцов А. А., Адамова Л. С., Кутуев Р. Р., Цыганов А. Е. Научный анализ математических моделей движения мелющей загрузки в помольных камерах мельниц различных типов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 9-1. — С. 53—72. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_91_0_53.

15. Wang G., Li Y., Cui H., Yang X., Yang C. Research on piezoelectric pressure sensor for shock wave load measurement // ISA Transactions. 2020, vol. 104, pp. 382—392. DOI: 10.1016/j.isatra.2020.05.018.

16. Zhang C., Chen Y., Wang Y., Bai Q. Discrete element method simulation of granular materials considering particle breakage in geotechnical and mining engineering: A short review // Green and Smart Mining Engineering. 2024, vol. 1, no. 2, pp. 190—207.

17. Wang G., Li Y., Cui H., Yang X., Yang C. Acceleration self-compensation mechanism and experimental research on shock wave piezoelectric pressure sensor // Mechanical Systems and Signal Processing. 2021, vol. 150, article 107303. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.107303.

18. Локтионов А. П. Измерительно-полиномиальная обработка входных данных вычислительной системы // Известия Юго-Западного государственного университета. — 2025. — Т. 28. — № 4. — С. 21—39. DOI: 10.21869/2223-1560-2024-28-4-21-39.

19. Шарапов В. М., Мусиенко М. П., Шарапова Е. В. Пьезоэлектрические датчики. — М.: Техносфера, 2006. — 632 с.

20. Кирпичёв А. А. Повышение эффективности вибродиагностики с использованием пьезоэлектрических и вихретоковых преобразователей. Автореф. дис. … канд. техн. наук. — М.: МГУПИ, 2006. — 22 с.