Моделирование ударного воздействия ультразвукового бура в составе роботизированной платформы для исследования грунта на небесных телах
Автор: Некрасов С.Г., Перминов С.В., Гусев Е.В., Кодкин В.Л., Телегин А.И.
Рубрика: Управление в технических системах
Статья в выпуске: 3 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются теоретические вопросы разработки ультразвукового бура для проведения бурения грунта на небесных телах в составе роботизированной платформы и формулируются задачи ее управления. Специфика применения бура предполагает широкий диапазон температур при эксплуатации, малое потребление энергии, эффективный рабочий цикл и требование обеспечения сохранности структуры и состава грунта при воздействии на него инструмента. Одним из перспективных направлений разработки являются устройства с вибрационной развязкой от грунта по ультразвуку за счет трансформации ультразвуковых колебаний в повторяющиеся удары звуковой частоты с помощью специально введенного «свободного» тела между ультразвуковой и ударной частью бура (бит). Это позволяет проводить непрерывное бурение независимо от состояния ударного бита, включая его заклинивание. Цель работы состоит в выборе наиболее эффективной конструкции бура и составлении математической модели, обеспечивающей проведение имитационного моделирования.
Грунт, ультразвук, удар, бурение, пьезоэлектрический привод, трансформация колебаний, уравнения движения, автоколебания, имитационная модель, программный комплекс
Короткий адрес: https://sciup.org/147244598
IDR: 147244598 | DOI: 10.14529/ctcr240304
Список литературы Моделирование ударного воздействия ультразвукового бура в составе роботизированной платформы для исследования грунта на небесных телах
- Патент RU 2111900. Пенетратор для исследования поверхности небесных тел / Ю.П. Акулов, 1998.
- Pat. US 6863136 B2. Smart Ultrasonic/Sonic Driller/Corer (SUSDC) / Y. Bar-Cohen, S. Sherrit, B. Dolgin, X. Bao, 2005.
- Pat. US 6968910 B2. Ultrasonic/sonic mechanism of deep drilling (USMOD) / Y. Bar-Cohen, S. Sherrit, B. Dolgin, X. Bao, 2005.
- Pat. US 7156189 B1. Self mountable and extractable ultrasonic/sonic anchor / Y. Bar-Cohen, S. Sherrit, 2007.
- Pat. US 8640786 B2. Percussive augmenter of rotary drills for operating as a rotary–hammer drill / J.B. Aldrich, Y. Bar-Cohen et al., 2014.
- Патент RU 2598947. Ультразвуковой бур / Д.В. Генне, В.И. Костенко, И.Г. Митрофанов и др., 2016.
- Патент RU 2503815. Ультразвуковое грунтозаборное устройство / Д.В. Генне, В.И. Костенко, И.Г. Митрофанов и др., 2018.
- Modeling and Computer Simulation of Ultrasonic/Sonic Driller/Corer (USDC) / X. Bao, Y. Bar- Cohen, Z. Chang, S. Sherrit // IEEE Transactions of Ultrasonics, Sonics and Frequency Control. 2003. Vol. 50 (9). P. 1147–1160. DOI: 10.1109/tuffc.2003.1235326
- Subsurface sampler and sensors platform using the ultrasonic/sonic driller/corer (USDC) / Y. Bar-Cohen, S. Sherrit, X. Bao, M. Badescu // Paper 6529–18, Proceedings of the SPIE Smart Structures and Materials Symposium. San Diego, CA, March 19–22, 2007. P. 1–7. DOI: 10.1117/12.715048
- Ultrasonic/sonic drilling/coring (USDC) for planetary applications / Y. Bar-Cohen, S. Sherrit, B. Dolgin et al. // Smart Structures and Materials 2001: Smart Structures and Integrated Systems. 2001. Vol. 4327. P. 441–449. DOI: 10.1117/12.436556
- Design and analysis of ultrasonic actuator in consideration of length-reduction for a USDC (Ultrasonic/Sonic Driller/Corer) / Z. Chang, S. Sherrit, M. Badescu et al. // Proceedings of the SPIE Smart Structures Conference. 2005. Vol. 5762 (10). P. 563–571. DOI: 10.1117/12.598851
- Sherrit S., Bar-Cohen Y., Dolgin B. Modeling of horns for sonic/ultrasonic applications // Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium. 1999. Vol. 1. P. 647–651. DOI: 10.1109/ULTSYM.1999.849482
- Harkness P., Lucas M., Cardoni A. Maximization of the Effective Impulse Delivered by a High- Frequency/Low-Frequency Planetary Drill Tool // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2011. Vol. 58, no. 11. P. 2387–2396. DOI: 10.1109/TUFFC.2011.2096
- Повышение эффективности работы ультразвуковой вибрационной системы для кавитационной обработки жидкости / В.Н. Хмелев, В.А. Нестеров, А.В. Шалунов, С.Н. Циганок // Международная конференция и семинар по микро/нанотехнологиям и электронным устройствам EDM 2018. Новосибирск: НГТУ, 2018. С. 287–291.
- Хмелев В.Н., Нестеров В.А., Генне Д.В. Разработка ультразвуковой колебательной системы для бурения лунного грунта // 20 Международная конференция-семинар молодых специалистов по микро- и нанотехнологиям и электронным устройствам EDM 2019. Новосибирск: НГТУ, 2019. С. 174–186.
- Ганиев Р. Марсоход InSight перестал бурить скважину на Марсе. Что произошло? URL: https://hi-news.ru/technology/marsoxod-insight-perestal-burit-skvazhinu-na-marse-chto-proizoshlo.html (дата обращения: 04.04.2024).
- Некрасов С.Г., Перминов С.В. Модель вибратора для проектирования вибромашин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2021. Т. 21, № 4. С. 15–25. DOI: 10.14529/engin210402
- Кикучи Е. Ультразвуковые преобразователи: пер. с англ. / под ред. Е. Кикучи. М.: Мир, 1972. 424 с.
- Прочность. Устойчивость. Колебания: справ.: в 3 т. Т. 1 / под общ. ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. 821 c.
- Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М.: Наука, 1977. 224 с.
- Кочетков А.В., Федотов П.В. Некоторые вопросы теории удара // Интернет-журнал «Науковедение», 2013. № 5. С. 1–15. Available at: https://naukovedenie.ru/PDF/110tvn513.pdf (дата обращения: 04.04.2024).
- Некрасов С.Г. Измерение количества растворенного газа в жидкости на основе резонансных характеристик высокодобротной электромеханической системы с локализованной кавитационной нагрузкой // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2007. № 3. C. 38–44.
- Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М: Наука, 1964. 410 с.
- Герц М.Е., Герц М.М. Синтез авторезонансных машин // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2006. № 2. С. 22–27.
