Математическое моделирование динамических процессов электромагнитного вибровозбудителя для технологических машин

Актуальность выполненных исследований обусловлена перспективностью практического использования электромагнитных вибровозбудителей в вибрационных машинах, широко применяемых в горной и строительной отрасли для интенсификации технологических процессов, связанных с переработкой минерального сырья. Приводятся некоторые результаты по разработке электромагнитного вибровозбудителя, входящего в состав двухмассовой вибрационной технологической машины, и формированию подхода к созданию и дальнейшей реализации его математической модели, обеспечивающей широкие возможности при проведении динамических расчетов для анализа сложных электромеханических процессов и рационального выбора параметров при проектировании. На основе данных математической модели разработана компьютерная имитационная модель, обеспечивающая широкие возможности анализа периодических электромеханических процессов с потерями энергии в переходных и установившихся режимах. Приведены рекомендации по реализации математической модели в виде алгоритма динамического расчета, выполненного с помощью аппарата структурного моделирования в Matlab Simulink. В качестве примера динамического расчета представлены результаты имитационного моделирования электромагнитного вибровозбудителя в виде диаграмм, отображающих рабочий процесс включения, выхода на установившийся режим и режим наброса нагрузки при питании от промышленного источника электроэнергии по однополупериодной схеме выпрямления. Установлено качественное и количественное совпадение результатов моделирования с результатами, полученными на физической модели, имеющих расхождения, не превышающие 6%. Результаты исследований могут быть полезны для специалистов-электромехаников, занимающихся расчетом и проектированием вибрационных технологических машин с электромагнитными вибровозбудителями.

Нейман В. Ю., Нейман Л. А., Лаппи С. Ю. Математическое моделирование динамических процессов электромагнитного вибровозбудителя для технологических машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 203—216. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_203.

Нейман Владимир Юрьевич¹ — докт. техн. наук, заведующий кафедрой, http://orcid. org/0000-0002-8433-1610, е-mail: nv.nstu@ngs.ru;
Нейман Людмила Андреевна¹ — докт. техн. наук, профессор, http://orcid.org/00000002-3442-6531, e-mail: neyman31@gmail.com;
Лаппи Сергей Юрьевич¹ — аспирант, http://orcid.org/0000-0002-4301-8513, e-mail: kafelectro@mail.ru;
¹ Новосибирский государственный технический университет,630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса,20, Россия.

Нейман Владимир Юрьевич, e-mail: nv.nstu@ngs.ru Авторы заявляют о конфликте интересов при его наличии.

1. Вайсберг Л. А., Сафронов А. Н. Дробильно-измельчительное оборудование вибрационного действия для переработки сырья и промышленных отходов // Экология и промышленность России. — 2019. — Т. 23. — № 7. — С. 4—9. DOI: 10.18412/18160395-2019-7-4−9.

2. Бочков В. С., Дягилев С. Д. Анализ одностадийного и двухстадийного дробления сланца в щековой дробилке ЩД 10М для изготовления бетонно-мозаичной плитки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 78—84. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0−78−84.

3. Дьяконова В. Я., Калиновская Т. Г., Дьяконов М. Н., Волчкова И. В. Mодернизация вибровозбудителя грохота ГИСЛ при переходе на новый режим работы // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2020. — № 2. — С. 99—108. DOI: 10.21440/0536-1028-2020-1-99−108.

4. Шихов А. М., Румянцев С. А., Азаров Е. Б. Повышение энергоэффективности при пуске и работе вибротранспортных машин с тремя вибровозбудителями // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 4. — С. 137—145. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-4-0−137−145.

5. Блехман И. И., Блехман Л. И., Вайсберг Л. А., Васильков В. Б. Энергозатраты в вибрационных транспортно-технологических машинах // Обогащение руд. — 2019. — № 1. — С. 18—27. DOI: 10.17580/or.2019.01.03.

6. Ляшенко В. И., Дятчин В. З., Франчук В. П. Cовершенствование вибрационных питателей-грохотов для горно-металлургической промышленности // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2018. — Т. 61. — № 6. — С. 470—477. DOI: 10.17073/0368-0797-2018-6-470−477.

7. Блехман И. И. Теория вибрационных процессов и устройств. Вибрационная механика и вибрационная техника. — СПб.: ИД «Руда и металлы»,2013. — 640 с.

8. Афанасьев А. И., Андрюшенков Д. Н., Закаменных А. Ю. Резонансный грохот с линейным электромагнитным двигателем // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2010. — № 2. — С. 57—60.

9. Neyman V. Yu. Integrated linear electromagnetic motors for impulse technologies // Russian Electrical Engineering. 2003, vol. 74, no. 9, pp. 30—35.

10. Павленко А. В., Батищев Д. В., Гуммель А. А., Большенко И. А. Проектирование электромагнитных приводов, устойчивых к внешним механическим возмущающим воздействиям // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. — 2017. — Т. 60. — № 3. — С. 17—27. DOI: 10.17213/0136-3360-2017-3-17−27.

11. Ибадуллаев M. И., Нуралиев А. К., Есенбеков А. Ж., Назаров А. И. Резонансный электромагнитный вибровозбудитель колебаний с обратной связью // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. — 2020. — № 1. — С. 62—66. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-1-62−66.

12. Neyman L. A., Neyman V. Yu. Complex analysis of electromagnetic machines for vibro-impact technologies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science,2017, Vol. 87, art. 032026. DOI: 10.1088/1755−1315/87/3/032026.

13. Афанасьев А. И., Суслов Д. Н., Чиркова А. А. Анализ эффективности работы вибровозбудителей резонансных вибротранспортных машин // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2018. — № 2. — С. 68—75. DOI: 10.21440/05361028-2018-2-68−75.

14. Гнездилов А. А. О реализации резонансных режимов технологических вибрационных машин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2019. — № 1 (171). — С. 159—163.

15. Makarov L. N., Denisov V. N., Kurilin S. P. Designing and modeling a linear electric motor for vibration-technology machines // Russian Electrical Engineering, 2017, Vol. 88, no. 3, pp. 166—169. DOI: 10.3103/S1068371217030129.

16. Neiman L. A., Neiman V. Yu., Shabanov A. S. A simplified calculation of the intermittent periodic operating regime of an electromagnetic impact drive // Russian Electrical Engineering. 2014, vol. 85, no. 12, pp. 757—760. DOI: 10.3103/S1068371214120104.

17. Ивашин В. В., Кудинов А. К., Певчев В. П. Электромагнитные привода для импульсных и виброимпульсных технологий // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. — 2012. — № 1. — С. 72—75.

18. Neyman L. A., Neyman V. Y., Obukhov K. A. New method of the synchronous vibratory electromagnetic machine mechatronic module control // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM 2017. Conference Proceedings,2017, pp. 516—519. DOI: 10.1109/EDM.2017.7981806.

19. Neyman L. A., Neyman V. Yu. Simulation of dynamic processes in electromagnetic energy converters for force effects and lowvfrequency vibrations generation systems // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, Geo Assets Engineering. 2015, vol. 326, no. 4, pp. 154—162.

20. Черно А. А., Гуров А. П., Минчула А. С., Безверхний Д. Л. Моделирование электромеханических процессов в энергосберегающих электромагнитных приводах вибрационных установок // Электротехнические и компьютерные системы. — 2011. — № 3. — С. 397—399.

21. Афанасьев А. И., Казаков Ю. М., Саитов В. И. Математическая модель резонансной вибротранспортной машины с изменяющейся частотой собственных колебаний // Научный вестник. — 2016. — № 1 (7). — С. 132—141. DOI: 10.17117/nv.2016.01.132.

22. Hendzel Z., Rykała Ł. Modelling of dynamics of a wheeled mobile robot with mecanum wheels with the use of Lagrange equations of the second kind // International Journal of Applied Mechanics and Engineering. 2017, vol. 22, no. 1, pp. 81—99. DOI: 10.1515/ijame-2017−0005.

23. Van Nguyen T., Petre R. A., Stroe I. Calculus of axial force in a mechanism using La-grange equations // INCAS Bulletin. 2016, vol. 8, no. 2, pp. 97—108. DOI: 10.13111/2066−8201.2016.8.2.8.

24. Petre R. A., Nichifor S. E., Craifaleanu A., Stroe I. Using Lagrange Equations to Study the Relative Motion of a Mechanism // International Journal of Aerospace and Mechanical Engi-neering. 2020, vol. 14, no. 10, pp. 421—425.

25. Суворов И. Ф., Романова В. В., Хромов С. В. Исследование влияния несимметрии фазных напряжений на режимы работы асинхронных двигателей в среде имитационного моделирования MATLAB/SIMULINK // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. — 2016. — Т. 16. — № 3. — С. 72—83. DOI: 10.14529/power160309.

26. Xu L., Song J. G., Lin Q. Q. Brushless DC motor speed control system Simulink simulation // 2016 IEEE International Conference on Power and Renewable Energy (ICPRE). 2016, pp. 62—66. DOI: 10.1109/ICPRE.2016.7871173.

27. Kiyakli A. O., Solmaz H. Modeling of an electric vehicle with MATLAB/Simulink // International journal of automotive science and technology. 2018, vol. 2, no. 4, pp. 9—15. https://doi.org/10.30939/ijastech..475477.

28. Крутиков К. К., Рожков В. В. Особенности моделирования электрического и магнитного поверхностного эффекта от переменных электромагнитных полей в FEMM // Электричество. — 2020. — № 8. — С. 51—57. DOI: 10.24160/0013-5380-2020-8-51−57.

29. Shevchenko V. P., Babiychuk O. B., Boltenkov V. O. Study of current transformers magnetic field by method final elements using the FEMM software complex // Applied aspects of information technology. 2019, vol. 2(4), pp. 317—327.

30. Tatevosyan A. S., Tatevosyan A. A., Zaharova N. V. Calculation of non-stationary magnetic field of the polarized electromagnet with the external attracted anchor // Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1050(1), art. 012086. DOI:10.1088/1742−6596/1050/1/012086.

31. Andreeva E. G., Semina I. A., Orlov A. S. The research of three-dimensional magnetic field of the hybrid magnetic system in the ANSYS MAXWELL program // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). 2016, art. 7818964. DOI: 10.1109/ SIBCON.2015.7146974.

32. Andreeva E. G., Gritsay A. S. Classification and research of electro-technical devices with unclosed magnetic core // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2019, vol. 1260, no. 5, art. 052001. DOI:10.1088/1742−6596/1260/5/052001.