ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТА МОДЕЛЮВАННЯ РУХУ ДВОМАСОВОЇ МОБІЛЬНОЇ ВІБРАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ З ДВОМА ДЕБАЛАНСНИМИ ВІБРОЗБУДНИКАМИ

1
Національний університет “Львівська політехніка”

Мета дослідження. Аналіз впливу жорсткісних параметрів мобільної вібраційної установки з двома дебалансними віброзбудниками на власні частоти її механічної коливної системи та обґрунтування жорсткісних параметрів з метою забезпечення енергоефективного резонансного режиму роботи установки. Методи досліджень. Методика досліджень базується на фундаментальних принципах інженерної механіки та теорії механічних коливань. Для виведення диференціальних рівнянь руху механічної системи мобільного вібраційного робота використано принцип Даламбера-Лагранжа. Чисельне моделювання руху системи, спричиненого періодично змінними збурюючими силами, здійснювалося за допомогою програмного продукту MathCAD. Результати досліджень. Запропоновано розрахункову схему (модель) двомасової мобільної вібраційної системи з двома дебалансними віброзбудниками. Розроблено математичну модель, яка описує рух системи, та обґрунтовано її параметри з метою забезпечення резонансного режиму роботи. Зокрема, проаналізовано вплив жорсткості сполучного пружного елемента між робочими тілами мобільної вібраційної установки з двома дебалансними віброзбудниками на власні частоти коливань її механічної системи, розглянуто усталений та перехідні режими роботи системи під дією періодично змінних збурюючих зусиль. Наукова новизна. Виведено аналітичні залежності для визначення жорсткісних параметрів механічної коливної системи двомасової мобільної вібраційної установки з двома дебалансними віброзбудниками, які забезпечують роботу установки в енергоефективному резонансному режимі. Обґрунтовано величину зсуву фаз обертання дебалансних віброзбудників з метою максимізації швидкості руху установки. Практичне значення роботи. Результати проведених досліджень можуть бути використані в процесі проектування та налагодження систем керування мобільних вібро-транспортних і робототехнічних установок з метою забезпечення можливості зміни швидкості їх рух без зміни частоти і напрямку обертання дебалансних віброзбудників.

1. N. Bolotnik, I. Zeidis, K. Zimmermann, and S. Yatsun, "Vibration driven robots", in Proc. 5th International Scientific Colloquium “Innovation in Mechanical Engineering – Shaping the Future, Ilmenau University of Technology, Ilmenau, Germany, 12 – 16 September 2011, pp. 1-6.

2. A. Akbarimajd, and N. Sotoudeh, “Design and motion analysis of vibration-driven small robot Rizeh,” Advanced Robotics, Vol. 28, Issue 2, pp. 105-117, 2014.

3. F. Becker, “An Approach to the Dynamics of Vibration-driven Robots with Bristles,” IFAC-PapersOnLine, Vol. 48, Issue 1, pp. 842-843, 2015.

4. S. Bai, Q. Xu, and Y. Qin, “Vibration driven vehicle inspired from grass spike,” Scientific Reports, vol. 3, p. 1851:1-1851:5, May 2013.

5. K. Zimmermann, I. Zeidis, N. Bolotnik, and M. Pivovarov, “Dynamics of a two-module vibration-driven system moving along a rough horizontal plane,” Multibody System Dynamics, Vol. 22, Issue 2, pp. 199-219, September 2009.

6. K. Zimmermann, and I. Zeidis, “Dynamical behavior of a mobile system with two degrees of freedom near the resonance,” Acta Mechanica Sinica, Vol. 27, Issue 1, pp. 7-17, February 2011.

7. Woong Yeol Joe, "Towards analysis and control of vibration driven robotic mechanism", in Proc. 12th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI), Goyang, South Korea, 28-30 Oct. 2015, pp. 440-443.

8. V. G. Vitliemov, I. V. Ivanov, I. A. Loukanov, “Multi-objective Parametric Syntheses of a Vibrobot,” Mechanics of Machines, Vol. 114, Year XXIV, Book 1, pp. 7-13, 2016.

9. A. Kamali Eigoli, G. R. Vossoughi, “Dynamic analysis of vibration-driven systems moving based on frictional locomotion principles,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 226, Issue 7, pp. 1787-1799, July 2012.

10. Singiresu S. Rao, Mechanical Vibrations. Harlow, United Kingdom: Pearson, 2017.