Визначення впливу властивостей рудної пульпи на параметри п’єзокерамічного перетворювача

В.С. Моркун; Н.В. Моркун; О.В. Поркуян; Я.О. Грищенко

doi:10.33216/1998-7927-2026-300-2-61-69

Автор(и)

В.С. Моркун Криворізький національний університет, м. Кривий Ріг https://orcid.org/0000-0003-1506-9759
Н.В. Моркун Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів https://orcid.org/0000-0002-1261-1170
О.В. Поркуян Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Київ https://orcid.org/0000-0002-4046-0998
Я.О. Грищенко Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Київ https://orcid.org/0009-0002-0582-4140

DOI:

https://doi.org/10.33216/1998-7927-2026-300-2-61-69

Ключові слова:

грохочення, модель, перетворювач, керування, автоматизація, характеристики, ефективність

Анотація

В процесі збагачення рудного матеріалу пульпа є головним транспортуючим агентом, тому її характеристики мають важливий вплив як на ефективність технологічних операцій, так і на результати вимірювань параметрів її твердої фази. Густина та в'язкість пульпи – це дві різні властивості, які дають цінне уявлення про її поведінку під час технологічних операцій. Ці параметри визначають процес руху частинок подрібненої руди на ситі грохота і, таким чином, мають прямий вплив на результати її вологого грохочення. Для визначення цих параметрів запропоновано використовувати вимірювання характеристик п’єзоелектричного перетворювача, зануреного у досліджуване середовище. Модель п’єзокерамічного перетворювача представлено у вигляді взаємопов’язаних електричного та механічного доменів. Механічний домен симулює п'єзоелектричний перетворювач, що занурений у пульпу. Фізико-механічні властивості середовища змодельовані із застосуванням типових блоків Mass, Translational Damper та Translational Spring розширення Simscape для Simulink®/MATLAB®. Блок Piezo Stack представляє електричні та механічні характеристики п'єзоелектричного багатошарового перетворювача. В процесі моделювання із застосуванням даних спектрального аналізу виміряних сигналів визначено резонансну частоту досліджуваної системи для базових опорних характеристик середовища. На визначеній резонансній частоті симулювались зміни концентрації твердої фази пульпи відносно базової величини. Досліджена залежність амплітуди першого (найбільшого) піку виміряного сигналу від концентрації твердої фази пульпи та виконана її апроксимація із застосуванням поліноміальної та двочленної експоненціальні моделі. Доведено, шо двочленна експоненціальна модель дозволяє отримати якісну апроксимацію досліджуваної залежності. Результати моделювання п’єзокерамічного перетворювача, зануреного у рудну пульпу, свідчать про можливість застосування запропонованого підходу до оперативного визначення концентрації її твердої фази та формування інформаційної бази керування процесом тонкого вологого грохочення руди. Такий перетворювач може бути виключно частиною спеціального вимірювального пристрою або для отримання відповідної інформації може застосовуватися наявний потужний високоенергетичний ультразвуковий перетворювач технологічного призначення.

Посилання

1.Моncаdа M.M. and Rodriguez C. G. Dynamic modeling of a vibrating screen considering the ore inertia and force of the ore over the screen calculated with discrete element method. Hindawi. Shock and vibration. 2018, 1714738, 13 p. https://doi.org/10.1155/2018/1714738.

2. Safranyik F., Csizmadia B.M., Hegedus A. et al. Optimal oscillation parameters of vibrating screens. Journal of Mechanical Science and Technology. 2019, vol. 33, pp. 2011–2017. https://doi.org/10.1007/s12206-019-0403-1.

3. Dong K.J. and Yu A.B. Numerical simulation of the particle flow and sieving behaviour on sieve bend/low head screen combination. Minerals Engineering. 2012, vol. 31, p. 2-9.https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.10.020

4. G¨otzendorfer A., Kruelle C. A. and Rehberg I. Granular surface waves in a vibratory conveyor. In Garc´ıa-Rojo, Herrmann, and McNamara (Eds.). 2005, PG05, Rotterdam, Balkema. pp. 1181–1184.

5. Chu X., Zhu Z. and Wang L. Numerical investigation on the influence of water content on collapse of granular columns. Granular Matter. 2023, vol. 25, (2). DOI:10.1007/s10035-023-01324-z.

6. Paar A. The influence of particles on suspension rheology. https://wiki.anton-paar.com/en/the-influence-of-particles-on-suspension-rheology/

7. Einstein A. Berichtigung zu meiner Arbeit: Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen. Annalen der Physik, 339, 591–592. https://doi.org/10.1002/andp.19113390313.

8. Batchelor K.G. The effect of Brwnian motion on the bulk stress in a suspension of spherical particles. Journal of Fluid Mechanics. 1977, 83, pp. 97–117. doi: 10.1017/S002211207700106.

9. Krieger I.M, Dougherty T.J. A mechanism for non-Newtonian flow in suspensions of rigid spheres. Transactions of the Society of Rheology. 1959, vol. 3. pp. 137–152. doi: 10.1122/1.548848.

10. Scott G.D, Kilgour D.M. The density of random close packing of spheres. Journal of Physics D: Applied Physics 2. 1969, vol. 863, p. doi: 10.1088/0022-3727/2/6/311.

11. Моркун В., Моркун Н., Грищенко Я., Бобров Є. Моделювання динаміки надрешітного продукту тонкого вологого грохочення залізної руди. Вісник східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2025, 7(293), с. 56–66. https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-293-7-56-66.

12. Моркун В.С., Моркун Н.В., Грищенко Я.О., Азарян А.А., Гриценко А.М. Моделювання автоматизованого керування об’єктами гірничого виробництва на основі хвильового підходу. Вісник східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2025, 10(296). с .33-42. DOI: https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-296-10-33-42.

13. Morkun V.S., Morkun N.V., Hryshchenko Y.O Hryshchenko S.M. Increasing the efficiency of fine wet grinding of ore using the dynamic effect of ultrasound. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, vol. 6, P. 52-61. DOI: https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-6/052.

14. Ultrasonic Resonators. URL: https://www.ultrasonic-resonators.org/.

15. Roozbeh Tabrizian. Piezoelectric Transducer: Concept & Modeling. URL: https://phonon.ece.ufl.edu/wp-content/uploads/sites/67/2022/02/Resonant-MEMS-2022_L5.pdf

16. Mechanical-Electrical analogs. URL: https://www.ultrasonic-resonators.org/vibration_theory/mechanical_electrical_analogs/mechanical_electrical_analogs.html.

17. Simscape Block Libraries. URL: https://se.mathworks.com/help/simscape/ug/introducing-the-simscape-block-libraries.html.

18. Curve Fitter. URL: https://se.mathworks.com/help/curvefit/curvefitter-app.html.