Универсальная динамическая модель ударного электромагнитного привода двойного действия

Применение машин и механизмов ударного действия в горной и строительной отрасли выявили их высокую эффективность при импульсном воздействии на обрабатываемую ими среду. На основе установленных обобщений приводятся результаты исследований по реализации универсальной динамической модели электромагнитного привода двойного действия, применяемого для повышения интенсификации ударных процессов. Основу динамической модели составляют дифференциальные уравнения, отражающие механическое и электрическое равновесие ударного электропривода, выполненного по двухкатушечной схеме с управлением по положению бойка. Особенностью модели является расчет рабочих процессов электропривода в переходных и установившихся режимах. В модели учитывается нелинейность характеристик намагничивания стали, потоки рассеяния и потери энергии в магнитной и механической системе электропривода. Приведено описание обобщенной конструкции электромагнитного привода, получающего питание от промышленного источника электроэнергии с управлением по координате положения ударной массы бойка, работающего в автоколебательном режиме. Рассмотрен алгоритм схемной реализации динамической модели методами структурного моделирования в Matlab Simulink, основанный на применении численных методов. Приведены варианты режимов работы электропривода, различающиеся способами реализации возвратно-поступательного движения бойка. Рассмотрены примеры компьютерного моделирования созданной модели в виде осциллограмм рабочего процесса. Даны рекомендации по дальнейшему усовершенствованию модели и повышению качества расчетов при исследовании динамических режимов.

Нейман Л. А., Нейман В. Ю. Универсальная динамическая модель ударного электромагнитного привода двойного действия // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 10-1. — С. 22—37. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_101_0_22.

Нейман Людмила Андреевна — д-р техн. наук, профессор, http://orcid.org/0000-00023442-6531, Новосибирский государственный технический университет, 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20, Россия, e-mail: neyman31@gmail.com;
Нейман Владимир Юрьевич — д-р техн. наук, заведующий кафедрой, http://orcid. org/0000-0002-8433-1610, Новосибирский государственный технический университет, 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20, Россия, E-mail: nv.nstu@ngs.ru.

Нейман Владимир Юрьевич, e-mail: nv.nstu@ngs.ru.

1. Galdin N. S., Semenova I. A., Galdin V. N. Analysis of the striker stroke impact on the hydropneumatic impact devices energy performance // Journal of Physics. Conference Series. 2019, vol. 1260, no. 11, article 112010. DOI: 10.1088/1742−6596/1260/11/112010.

2. Ураимов М. У., Еремьянц В. Э. Гидравлический перфоратор с совмещенным ударным механизмом и механизмом поворота инструмента // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. — 2021. — № 10. — С. 56−62. DOI: 10.26160/2658-3305-2021-10−56−62.

3. 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.

4. Ямпольский Д. З. Некоторые особенности ударных импульсов машин ударного действия // Вестник научно-технического развития. — 2020. — № 4 (152). — С. 26−42. DOI: 10.18411/vntr2020−152−4.

5. Abramenkov D. E., Popov N. A., Abramenkov E. A. Methodology for evaluating energysaving technical solutions of impact machines and equipment // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. VIII International Scientific Conference Transport of Siberia. 2020, art. 012134. DOI: 10.1088/1757−899X/918/1/012134.

6. Чещин Д. О., Плохих В. В., Ткачук А. К. О возможности применения накопителей энергии в ударных машинах // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2021. — Т. 2. — № 4. — С. 181−189. DOI: 10.33764/2618−981X-2021−2-4−181−189.

7. Aldannawy H., Rouabhi A., Gerbaud L. Percussive drilling: Experimental and numerical investigations // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022, vol. 55, no. 3, pp. 1555−1570. DOI: 10.1007/s00603-021-02707-5.

8. Волков Н. Н., Ределин Р. А., Кравченко В. А., Каманин Ю. Н., Андреев А. В. Оценка взаимосвязи параметров гидравлического ударного устройства и его привода // Научнотехнический вестник Брянского государственного университета. — 2020. — № 2. — С. 211−218. DOI: 10.22281/2413-9920-2020-06−02−211−217.

9. Gorodilov L. V., Pershin A. I. Simulation model of a hydro-impact system with two limiters of striker movement // IOP Conference Series. Earth and Environmental Science. 2022, vol. 991, no. 1, article 012037. DOI: 10.1088/1755−1315/991/1/012037.

10. Redelin R. A., Kamanin Y. N., Panichkin A. V. Designing hydraulic impact devices for low-temperature operation // Journal of Physics. Conference Series. 2021, vol. 2096, no. 1, article 012005. DOI: 10.1088/1742−6596/2096/1/012005.

11. Плохих В. В. Создание пневматической ударной машины для реализации адаптивных технологических процессов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 7. — С. 91−103. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_7_0_91.

12. Червов В. В., Тищенко И. В., Червов А. В. Cоздание физической модели генератора ударных импульсов и высокочастотного пневматического молота // Горный журнал. — 2022. — № 2. — С. 57−62. DOI: 10.17580/gzh.2022.02.09.

13. Gumenyuk V., Dobroborsky B., Gumenyuk O., Krupyshev M. Providing high speed drilling of boreholes with portable pneumatic rock drills in emergency situations // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, vol. 666, art. 012094. DOI: 10.1088/1757−899X/666/1/012094.

14. Немков С. А., Дроздов А. Н., Степанов В. В. Модель работы компрессионновакуумного ударного механизма электрического перфоратора SDSPLUS // Механизация строительства. — 2016. — Т. 77. — № 11. — С. 46−49.

15. Абидов А. О., Исманов О. М. Mатематическая модель электромеханического перфоратора с ударно-поворотным механизмом // Бюллетень науки и практики. — 2019. — Т. 5. — № 5. — С. 233−240. DOI: 10.33619/2414−2948/42/31.

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. Ефимова Ю. Б. Выбор рациональных геометрических параметров линейного электромагнитного пресса с малым ходом плунжера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12−2. — С. 115−128. DOI: 10.25018/0236_1493_2 022_122_0_115.

18. 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.

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. Ижбулдин Е. А., Абрамов А. Д. Ручной электрический ударный инструмент для реализации виброударных технологий в транспортном машиностроении и строительстве // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2017. — Т. 21. — № 1 (120). — С. 32−39. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-32−41.

21. Нейман Л. А., Нейман В. Ю. Динамическая модель работы электромагнитного ударного механизма электрического перфоратора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12−2. — С. 190−202. DOI: 10.25018/0236_1493_202 2_122_0_190.

22. Ануфриев А. С., Певчев В. П. Моделирование процесса соударения якоря с индуктором в импульсном электромагнитном сейсмоисточнике // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. — 2018. — № 2 (58). — С. 101−109.

23. Едыгенов Е. К., Васин К. А. Результаты испытаний электромагнитного молота для безвзрывного разрушения горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 80−90. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0−80−90.

24. Каргин В. А., Волгин А. В., Моисеев А. П., Чурляева К. Д., Белов В. В. Использование электромагнитной ударной машины для погружения в грунт металлических стержневых элементов // Известия Международной академии аграрного образования. — 2019. — № 44. — С. 11–17.

25. Павлов В. Е. Исследование режимов работы длинноходового электромагнитного молота методом компьютерного моделирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2019. — Т. 23. — № 2 (145). — С. 260–270. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-2-260−270.

26. Симонов Б. Ф., Нейман В. Ю., Нейман Л. А., Кордубайло А. О. Имитационное моделирование рабочего процесса электромагнитного привода скважинного виброисточника // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 3. — С. 120–130. DOI: 10.15372/FTPRPI20200312.

27. Nazaruddin N., Siallagan R. Software Engineering Development of Finite Element Method Programming Applications in 2D Frame Structures Using Python Programs // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 2049, art. 012031. DOI: 10.1088/1742−65 96/2049/1/012031.

28. 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.

29. Затонский А. В., Долгополов И. С. Моделирование трехобмоточного силового трансформатора в MATLAB SIMULINK // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. — 2022. — № 4. — С. 64−72. DOI: 10.17588/2072−267 2.2022.4.064−072.

30. Shneen S. W., Aziz G. A. Simulation model of 3-phase pwm rectifier by using MATLAB/SIMULINK // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2021, vol. 11, no. 5, pp. 3736–3746. DOI: 10.11591/ijece.v11i5.pp3736−3746.