Synthesis of the drive mechanism of the continuous production machine

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Existing mixing devices operate at a constant angular velocity of the working body. During this process, there are zones in which there may be no movement of material, which leads to a decrease in the quality of the finished product. When the working body moves with a variable angular rate, the inertia forces, when changing its sign, contribute to the creation of conditions under which the mixture will lose contact with the blade and move to new levels of movement, and this helps to improve the quality and intensity of the mixing process. The purpose of the work is to improve the quality of the processed mixture on horizontal blade (kneading) machine. Methods. Theoretical studies are carried out using the basic provisions of the theory of machines and mechanisms, structural and parametric synthesis, kinematic analysis, mathematical and computer simulation. Results and discussion. In accordance with the proposed method, the synthesis of the cam-rocker mechanism is carried out, which made it possible to select the main dimensions for the cam mechanism: the minimum radius and center distance. For the synthesis of the rocker group, the parameters of the synthesized cam mechanism are used and, using the main parameters for the rocker group (the size of the input link, the angle of the second arm initial position and rocker centre line, equal to 90°). The rocker arm span angle is obtained equal to 103°. As a result of the kinematic calculation, it is found that the dwell time of the working shafts is within 80°. The quality of the mixture can be assessed by the angle of the stagnation zone, which is formed during the movement of granular material. Under static conditions, it is equal to 0.846°, and at variable angular rate — 0.550°. It is theoretically confirmed that inertial forces that change sign four times in one cycle will provide shaking and rebound of the mixed mass from the blades, which, in turn, will significantly improve the quality of the mixture.

About the authors

Y. I. Podgornyj

Email: pjui@mail.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, 1. Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation; 2. Novosibirsk Technological Institute (branch) A.N. Kosygin Russian State University (Technologies, Design, Art), 35 Krasny prospekt (5 Potaninskayast.), Novosibirsk, 630099, Russian Federation, pjui@mail.ru

A. V. Kirillov

Email: kirillovalvs@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, 1. Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation; 2. Novosibirsk State Pedagogical University, 28 Viluiskayast., Novosibirsk, 630126, Russian Federation, kirillovalvs@mail.ru

V. Yu. Skeeba

Email: skeeba_vadim@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, skeeba_vadim@mail.ru

T. G. Martynova

Email: martynova@corp.nstu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation, martynova@corp.nstu.ru

D. V. Lobanov

Email: lobanovdv@list.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I. N. Ulianov Chuvash State University, 15 Moskovsky Prospekt, Cheboksary, 428015, Russian Federation, lobanovdv@list.ru

N. V. Martyushev

Email: martjushev@tpu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, martjushev@tpu.ru

References

  1. Topology and dimension synchronous optimization design of 5-DoF parallel robots for in-situ machining of large-scale steel components / K. Chen, M. Wang, X. Huo, P. Wang, T. Sun // Mechanism and Machine Theory. – 2023. – Vol. 179. – P. 105105. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2022.105105.
  2. Flores P., Souto A.P., Marques F. The first fifty years of the Mechanism and Machine Theory: Standing back and looking forward // Mechanism and Machine Theory. – 2018 – Vol. 125. – P. 8–20. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.017.
  3. Hsieh J.-F. Design and analysis of indexing cam mechanism with parallel axes // Mechanism and Machine Theory. – 2014. – Vol. 81. – P. 155–165. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2014.07.004.
  4. Eckhardt H.D. Kinematic design of machines and mechanisms. – 1st еd. – New York: McGraw-Hill, 1998. – 620 p. – ISBN 0070189536. – ISBN 978-0070189539.
  5. Design of compliant mechanisms using continuum topology optimization: a review / B. Zhu, X. Zhang, H. Zhang, J. Liang, H. Zang, H. Li, R. Wang // Mechanism and Machine Theory. – 2012. – Vol. 143. – P. 103622. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.103622.
  6. Erdman A.G., Sandor G.N. Mechanism design: analysis and synthesis. – 4th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2001. – 688 p. – ISBN 0130408727. – ISBN 978-0130408723.
  7. Мудров А.Г. Конструкции и модель смешения в аппаратах с мешалкой // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2018. – № 1 (43). – С. 226–233.
  8. Демин О.В. Анализ работы различных видов смесителей сыпучих материалов периодического действия // Труды ТГТУ: сборник научных статей молодых ученых и студентов. – Тамбов, 2001. – Вып. 8. – С. 109–114.
  9. Авторское свидетельство № 1253560 A1 СССР, МПК A21C 1/06. Тестомесильная машина: № 3770602: заявл. 11.07.1984: опубл. 30.08.1986, Бюл. № 32 / Г.В. Церцвадзе, Н.К. Залдастанишвили, З.С. Нацвлишвили; заявитель Грузинский политехнический институт.
  10. Патент № 2455826 C1 Российская Федерация, МПК A21C 1/06. Тестомесильная машина непрерывного действия: № 2011105541/12: заявл. 14.02.2011: опубл. 20.07.2012 / Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Войнова Е.В.; заявитель Новосибирский государственный технический университет.
  11. Патент № 2752158 C1 Российская Федерация, МПК A21C 1/06. Тестомесильная машина непрерывного действия: № 2020140014: заявл. 07.12.2020: опубл. 23.07.2021 / Подгорный Ю.И., Кириллов А.В., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Огородников В.А.; заявитель Новосибирский государственный технический университет.
  12. Perez A., McCarthy J.M. Dimensional synthesis of Bennett linkages // ASME. Journal of Mechanical Design. – 2003. – Vol. 125, iss. 1. – P. 98–104. – doi: 10.1115/1.1539507.
  13. Myszka D.H. Machines and mechanisms: applied kinematic analysis. – 4th ed. – Pearson, 2012. – 576 p. – ISBN 0-13-215780-2. – ISBN 978-0-13-215780-3.
  14. Rao J.S., Dukkipati R.V. Mechanism and machine theory. – 2nd ed. – New Delhi: New Age International, 2008. – 600 p. – ISBN 812240426X. – ISBN 978-8122404265.
  15. Youssef H.A., El-Hofy H. Machining technology: machine tools and operations. – Hoboken: Taylor & Francis Group, 2008. – 672 p. – ISBN 9781420043396.
  16. Shabana A.A. Dynamic of multibody systems. – 4th ed. – Cambridge: Cambridge University Press, 2013. – 393 p. – ISBN 978-1107042650. – ISBN 1107042658.
  17. Advanced theory of mechanisms and machines / M.Z. Kolovsky, A.N. Evgrafov, Yu.A. Semenov, A.V. Slousch. – 1st ed. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2000. – 396 p. – (Foundations of Engineering Mechanics). – ISBN 978-3-642-53672-4. – eISBN 978-3-540-46516-4. – doi: 10.1007/978-3-540-46516-4.
  18. Astashev V.K., Babitsky V.I., Kolovsky M.Z. Dynamics and control of machines. – 1st ed. – Berlin; Heidelberg: Springer, 2000. – 235 p. – ISBN 978-3-642-53698-4. – eISBN 978-3-540-69634-6. – doi: 10.1007/978-3-540-69634-6.
  19. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с. – ISBN 5-02-013810-X.
  20. Hendrickson C.T., Janson B.N. A common network flow formulation for several civil engineering problems // Civil Engineering Systems. – 1984. – Vol. 1, iss. 4. – P. 195–203. – doi: 10.1080/02630258408970343.
  21. Battarra M., Mucchi E. Analytical determination of the vane radial loads in balanced vane pumps // Mechanism and Machine Theory. – 2020. – Vol. 154. – P. 104037. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.104037.
  22. Neugebauera R., Denkena B., Wegener K. Mechatronic systems for machine tools // CIRP Annals. – 2007. – Vol. 56, iss. 2. – P. 657–686. – doi: 10.1016/j.cirp.2007.10.007.
  23. Novotný P., Jonák M., Vacula J. Evolutionary optimisation of the thrust bearing considering multiple operating conditions in turbomachinery // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – Vol. 195. – P. 106240. – doi: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106240.
  24. A practical approach to motion control for varying inertia systems / T. Kaipio, L. Smelov, C. Morgan, N. Leighton // Progress in system and robot analysis and control design / ed. by S.G. Tzafestas, G. Schmidt. – London: Springer, 1999. – P. 195–204. – (Lecture Notes in Control and Information Sciences; vol. 243). – doi: 10.1007/BFb0110545.
  25. Rothbart H.A. Cam design handbook. – New York: McGraw-Hill Professional, 2003. – 606 p. – ISBN 0071377573. – ISBN 978-0875841830.
  26. Проектирование кулачкового механизма с учетом технологической нагрузки и энергетических затрат / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, О.В. Максимчук, П.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 2. – С. 17–27. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-2-17-27.
  27. Синтез закона движения механизма прибоя уточных нитей станка СТБ с приводом от кулачков / Ю.И. Подгорный, А.В. Кириллов, В.Ю. Иванцивский, Д.В. Лобанов, О.В. Максимчук // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 47–58. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-47-58.
  28. Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. К вопросу об ограничении неравномерности движения технологической машины в заданных пределах // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 2. – С. 67–77. – doi: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-67-77.
  29. Vulfson I. Dynamics of cyclic machines. – Cham: Springer International, 2015. – 390 p. – (Foundations of Engineering Mechanics). – ISBN 978-3-319-12633-3. – eISBN 978-3-319-12634-0. – doi: 10.1007/978-3-319-12634-0.
  30. Ondrášek J. The synthesis of a hook drive cam mechanism // Procedia Engineering. – 2014. – Vol. 92. – P. 320–329. – doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.129.
  31. Mott R.L. Machine elements in mechanical design. – 5th ed. – Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2013. – 816 p. – ISBN 0135077931. – ISBN 978-0135077931.
  32. Design and analysis of high-speed cam mechanism using Fourier series / C. Zhou, B. Hu, S. Chen, L. Mac // Mechanism and Machine Theory. – 2016. – Vol. 104. – P. 118–129. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.05.009.
  33. Theoretical analysis of compliance and dynamics quality of a lightly loaded aerostatic journal bearing with elastic orifices / V. Kodnyanko, S. Shatokhin, A. Kurzakov, Y. Pikalov // Precision Engineering. – 2021. – Vol. 68. – P. 72–81. – doi: 10.1016/j.precisioneng.2020.11.012.
  34. Xu L.X., Chen B.K., Li C.Y. Dynamic modelling and contact analysis of bearing-cycloid-pinwheel transmission mechanisms used in joint rotate vector reducers // Mechanism and Machine Theory. – 2019. – Vol. 137. – P. 432–458. – doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2019.03.035.
  35. A semi-analytical load distribution model for cycloid drives with tooth profile and longitudinal modifications / T. Zhang, X. Li, Y. Wang, L. Sun // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, iss. 14. – P. 4859. – doi: 10.3390/app10144859.
  36. Robust design optimization of the vibrating rotor-shaft system subjected to selected dynamic constraints / R. Stocki, T. Szolc, P. Tauzowski, J. Knabel // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2012. – Vol. 29. – P. 34–44. – doi: 10.1016/j.ymssp.2011.07.023.
  37. Fomin A., Paramonov M. Synthesis of the four-bar double-constraint mechanisms by the application of the Grubler's method // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 150. – P. 871–877. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.034.
  38. To the theory of mechanisms subfamilies / A. Fomin, L. Dvornikov, M. Paramonov, A. Jahr // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 124. – P. 012055. – doi: 10.1088/1757-899X/124/1/012055.
  39. Algorithm for determining the unbalances of continuous mixers rotors / Yu.I. Podgornyj, T.G. Martynova, V.Yu. Skeeba, D.V. Lobanov, N.V. Martyushev // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1061. – P. 012071. – doi: 10.1088/1742-6596/2061/1/012071.
  40. Першин В.Ф., Пасько А.А., Демин О.В. Моделирование движения пластины в сыпучем материале // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2002. – Т. 8, № 3. – С. 444–449.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».