Просторове керування ультразвуковим очищенням гірничого обладнання за допомогою технології фазованої решітки

Рейтинг користувача:  / 0
ГіршийКращий 

Authors:


В.С.Моркун, orcid.org/0000-0003-1506-9759, Криворізький національний університет, м. Кривий Ріг, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.М.Кравченко, orcid.org/0000-0003-0667-2695, Криворізький національний університет, м. Кривий Ріг, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


повний текст / full article



Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (2): 031 - 036

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-2/031



Abstract:



Мета.
Розробка методики формування просторового керування процесом ультразвукового очищення з використанням ультразвукового фазованого масиву випромінювачів. Моделювання процесу очищення на основі розробленої методики для доведення її ефективності.


Методика.
Використання ультразвукового масиву в якості основного випромінювача при ультразвуковому очищенні дає змогу перерозподілити потужність у ванні, збільшивши її в зонах найбільшого забруднення очищувального об’єкта. Аналітичне визначення параметрів променю проведене на основі геометричних і фізичних законів.



Результати.
Були визначені основні параметри для ультразвукового променю на основі вхідних і вихідних даних 3-D нечіткого інтервального контролера. Фокусна відстань була визначена за часом надходження граничного сигналу з урахуванням відстаней між датчикам і масивом. Азимутний кут спрямовано до центру ванни та залежить лише від її висоти. Значення зенітного кута розраховано як співвідношення інтенсивності поточного масиву й найближчих сусідніх у напрямку найбільшої. За замовчуванням та для фазованої решітки з максимальною інтенсивністю промінь спрямовано до центру ванни. Проведене моделювання довело, що подібний підхід дозволяє збільшити концентрацію потужності в зоні забруднення на 41,5 %, що призводить до підвищення енергоефективності очищення та зниження часу обробки тіла ультразвуком.


Наукова новизна.
Розроблена нова методика формування керуючого впливу при ультразвуковому очищенні, що дозволяє врахувати просторову розподіленість цього процесу, оптимізувавши витрати енергії.


Практична значимість.
Новий підхід до просторового керування при ультразвуковому очищенні дозволяє переспрямувати потужність у ванні до зони з найбільшим забрудненням, що призводить до підвищення енергоефективності очищення великогабаритного гірничого устаткування зі складною конфігурацією.


Ключові слова:
гірниче обладнання, ультразвукове очищення, ультразвуковий фазований масив, моделювання, автоматичне керування

References.


1. Lais, H., Lowe, P. S., Wrobel, L. C., & Gan, T.-H. (2019). Ultrasonic Transducer Array Performance for Improved Cleaning of Pipelines in Marine and Freshwater Applications. Applied Sciences, 9, 4353. https://doi.org/10.3390/app9204353.

2. Guoqiang, M., Shoubin, Zh., Yanming, Ya., Liping, Q., Guicai, L., & Jingxiu, Zh. (2019). Membrane fouling control and cleaning technology of ceramic membrane treating wastewater. E3S Web of Conferences, 118, 04023. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911804023.

3. Sunjai, K., Changhun, Ch., Yunsu, Ch., & Jae-Seung, Ch. (2021). The efficacy of convenient cleaning methods applicable for customized abutments: an in vitro study. BMC Oral Health, 21(1). https://doi.org/10.1186/s12903-021-01436-z.

4. Suhwan, Y., Jikwang, Ch., Jung-Min, O., & Lim, J.-W. (2021). Effect of Ultrasonic Cleaning of Titanium Turning Scraps Immersed in Alkaline Solution and Subsequent Preparation of Ferrotitanium Ingots. Korean Journal of Metals and Materials, 59, 113-120. https://doi.org/10.3365/KJMM.2021.59.2.113.

5. Vyas, N., Wang, Q. X., Manmi, K. A., Sammons, R. L., Kuehne, S. A., & Walmsley, A. D. (2020). How does ultrasonic cavitation remove dental bacterial biofilm? Ultrasonics Sonochemistry, 67, 10112. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105112.

6. Xu, H., Tu, J., Niu, F., & Yang, P. (2016). Cavitation dose in an ultrasonic cleaner and its dependence on experimental parameters. Applied Acoustics, 101, 179-184. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2015.08.020.

7. Roohi, R., Abedi, E., Hashemi, S. M. B., Marszałek, K., & Barba, F. (2019). Ultrasound-assisted bleaching: Mathematical and 3D computational fluid dynamics simulation of ultrasound parameters on microbubble formation and cavitation structures. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 55, 66-79. https://doi.org/55. 10.1016/j.ifset.2019.05.014.

8. Tangsopha, W., Thongsri, J., & Busayaporn, W. (2017). Simulation of ultrasonic cleaning and ways to improve the efficiency. 5 th International Electrical Engineering Congress, 1-4. https://doi.org/10.1109/IEECON.2017.8075747.

9. Saalbach, K.-A.,Twiefel, J., & Wallaschek, J. (2018). Self-Sensing Cavitation Detection in Ultrasound-Induced Acoustic Cavitation. Ultrasonics, 94, 401-440. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2018.06.016.

10. Worapol, T., & Jatuporn, Th. (2020). A Novel Ultrasonic Cleaning Tank Developed by Harmonic Response Analysis and Computational Fluid Dynamics. Metals, 10, 335. https://doi.org/10.3390/met10030335.

11. Duran, F., & Teke, M. (2019). Design and implementation of an intelligent ultrasonic cleaning device. Intelligent Automation and Soft Computing, 3, 1-10. https://doi.org/10.31209/2018.11006161.

12. Zhang, X., Zhao, L., Li, J., Cao, G., & Wang, B. (2017). Space-decomposition based 3D fuzzy control design for nonlinear spatially distributed systems with multiple control sources using multiple single-output SVR learning, Applied Soft Computing, 59, 378-388. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2017.04.064.

13. Zhang, X., Fu, Z.-Q., Li, S.-Y., Zou, T., & Wang, B. (2017). A time/space separation based 3D fuzzy modeling approach for nonlinear spatially distributed systems, International Journal of Automation and Computing, 15, 1-14. https://doi.org/10.1007/s11633-017-1080-0.

14. Morkun, V., & Kravchenko, O. (2020). Adaptive control over ultrasonic cleaning of mining equipment. E3S Web of Conferences, 2020, 01005. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020101005.

15. Simeone, A., Woolley, E., Escrig, J., & Watson, N. J. (2020). Intelligent Industrial Cleaning: A Multi-Sensor Approach Utilising Machine Learning-Based Regression. Sensors 2020, 20, 3642. https://doi.org/10.3390/s20133642.

16. Nigmetzyanov, R. I., Kazantsev, V. F., Prikhod’ko, V. M., Sundukov, S. K., & Fatyukhin, D. S. (2019). Improvement in Ultrasound Liquid Machining by Activating Cavitational Clusters, Russian Engineering Research, 8, 699-702. https://doi.org/10.3103/S1068798X19080112.

17. Xiao, Z., Guo, Y., Geng, L., Wu, J., Zhang, F., Wang, W., & Liu, Y. (2019). Acoustic Field of a Linear Phased Array: A Simulation Study of Ultrasonic Circular Tube Material. Sensors, 19, 2352. https://doi.org/10.3390/s19102352.

18. Demi, L. (2018). Practical Guide to Ultrasound Beam Forming: Beam Pattern and Image Reconstruction Analysis. Applied Sciences, 8(9), 1544. https://doi.org/10.3390/app8091544.

19. Morkun, V., & Kravchenko, O. (2021). Three-Dimensional Fuzzy Control of Ultrasonic Cleaning. Acta Mechanica et Automatica, 15(3), 169-176. https://doi.org/10.2478/ama-2021-0022.

20. Morkun, V., & Kravchenko, O. (2021). Spatial ultrasonic cleaning process control based on its current state evaluation. Second International Conference on Sustainable Futures: Environmental, Technological, Social and Economic Matters (ICSF 2021), 280, 07016. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128007016.

21. Kazuyuki, N., & Naoyuki, K. (2012). 3-D Modelings of an Ultrasonic Phased Array Transducer and Its Radiation Properties in Solid. Ultrasonic Waves. https://doi.org/10.5772/29954.

22. Treeby, B., & Cox, B.T. (2010). k-Wave: MATLAB toolbox for the simulation and reconstruction of photoacoustic wave fields. Journal of biomedical optics, 15(2), 021314-1-021314-12. https://doi.org/15. 021314. 10.1117/1.3360308.

 

Наступні статті з поточного розділу:

Відвідувачі

4875377
Сьогодні
За місяць
Всього
2068
2068
4875377

Гостьова книга

Якщо у вас є питання, побажання або пропозиції, ви можете написати їх у нашій «Гостьовій книзі»

Реєстраційні дані

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зареєстровано у Міністерстві юстиції України.
Реєстраційний номер КВ № 17742-6592ПР від 27.04.2011.

Контакти

49005, м. Дніпро, пр. Д. Яворницького, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Ви тут: Головна Авторам і читачам умови передплати UkrCat Архів журналу 2022 Зміст №2 2022 Просторове керування ультразвуковим очищенням гірничого обладнання за допомогою технології фазованої решітки