Российский научный фонд 17-79-30056

Основной научной проблемой, рассматриваемой в данном проекте, является установление закономерностей, описание и прогнозирование многочисленных новых физических явлений и эффектов поведения различных систем и сред, демонстрирующих их неординарный отклик на вибрационные воздействия, в том числе, и в комбинированных силовых полях.

Актуальность проблемы определяется фактическим наличием многочисленных новых, неизученных полностью физических явлений и эффектов, возникающих в поведении различных систем и сред при вибрационных воздействиях, особенно при наличии ещё и дополнительных силовых полей. Создание общей теории подобных явлений и эффектов позволит сформулировать основные принципы и методики создания энерго- и ресурсосберегающих мехатронных технологических комплексов для дальнейшей промышленной реализации новых технологий в передовых интеллектуальных производствах.

Новый класс вибрационных технологий будет предназначен для переработки самых различных материалов, в первую очередь, конструкционных наноматериалов, отличающихся исходной крупностью и формой — крупнокусковая масса с размерами отдельных её составляющих до 300 мм, порошковые смеси и составы с максимальной крупностью частиц от 5 до 10 мм и минимальной от 10 до 100 мкм.

Технологические потоки указанных материалов могут быть самыми различными и колебаться в широких пределах: в одних случаях это килограммы в час, в других случаях потребуются новые агрегаты с часовой производительностью до сотен тонн в час.

В рамках общей проблемы в данном проекте выделяются следующие задачи:

• исследование и разработка вибрационных динамических систем с энергетически оптимальным типом возбуждения колебаний, обеспечивающих избирательную, заранее заданную по технологическим соображениям форму колебаний и форму воздействия на перерабатываемый материал;
• аналитическое описание и численное моделирование поведения сыпучих сред в комбинированных силовых полях, где доминирующими являются вибрационные воздействия, что позволит на последующем этапе разработать общий подход к созданию мехатронных устройств высокой производительности и низкой энергоёмкости для механической классификации сыпучих (порошковых) материалов по крупности, по форме, а также по электрическим и магнитным свойствам, причем в условиях вибрационных воздействий высокой интенсивности;
• изучение и описание поведения при вибрационных воздействиях жидких сред и структурированных суспензий дисперсных материалов с целью создания технологий и мехатронных устройств вибрационного типа для виброаэрации, перемешивания, осаждения, осветления, что позволит также обеспечить энергоэффективность и заметное снижение потребления во многих технологиях пресной воды за счёт переработки более плотных суспензий.

В целом проект посвящён полезному применению вибраций в технологиях, выявлению и использованию тех многочисленных возможностей, которые обеспечиваются принципиально новыми явлениями и эффектами поведения материалов в этих условиях: это энерго- и ресурсосбережение, повышение качества готовых продуктов по основным потребительским параметрам, надёжная управляемость, обеспечивающая возможность создания мехатронных комплексов, встраиваемых в передовые интеллектуальные производства во многих сферах промышленности и, следовательно, экономики Российской Федерации.

К указанной научной проблеме и её практическому использованию проявляется серьёзный интерес во многочисленных российских и мировых университетских исследовательских центрах, а также в лабораториях известных фирм, выпускающих аналогичную технику, соответствующую нынешнему технологическому укладу.

Исследования ведутся не только в 3 — 4-х научных коллективах в Российской Федерации, но и в университетских центрах за рубежом: технический университет г. Копенгаген, Дания; технический университет г. Делфт, Нидерланды; технологический институт г. Карлсруэ, Германия; технический университет г. Мюнхен, Германия и других. Прототипы машин, соответствующих предыдущему технологическому укладу и без мехатронного управления, производят 5-6 ведущих фирм мира, в частности в SIEBTECHNIK GMBH, RHEWUM GMBH, METSO MINERALS, SANDVIK, TELSMITH, HAVER&BOECKER GMBH.

Однако, ведущее положение организации, которая подготовила и подаёт заявку — Научно-производственной корпорации «Механобр — техника» - подтверждается наличием у неё устойчивого экспорта продукции, соответствующей нынешнему технологическому укладу, в 25 стран мира, в том числе в те, которые считаются высокотехнологичными. Особенность НПК «Механобр-техника» и её лаборатории вибрационных технологий, в которой будет выполняться проект, состоит в том, что в ней функционирует полный инновационный цикл — от фундаментальных исследований и получения нового научного знания до разработки на этой основе новых передовых интеллектуальных технологий и дальнейшего перехода к ОКР (опытно-конструкторским работам), постановки новых машин и агрегатов на промышленное производство, поставки их потребителям, технологической отладки и обучения персонала, обеспечения всего жизненного цикла изделий запасными частями.

Количество установок, машин, комплектных технологических линий, разработанных в НПК «Механобр-техника», на новых и реконструированных предприятиях горно-металлургического комплекса, химической и фармацевтической отрасли, строительной индустрии, машиностроения и ряда других отраслей превышает десятки тысяч единиц; причём это технологии уровня для дезинтеграции, сепарации и других видов переработки материалов различного происхождения, в том числе, искусственного, реализующие именно направленные вибрационные воздействия.

Предлагаемые исследования, являясь по сути фундаментальными, имеют в то же время, выраженный прикладной характер, что позволит оперативно перейти к стадии ОКР, используя для этого другие источники финансирования (за пределами данного проекта).

Предполагается, что часть новой продукции в виде энерго- и ресурсосберегающих мехатронных комплексов для промышленной реализации новых технологий в передовых интеллектуальных производствах будет полностью подготовлена и предложена рынку уже к моменту полного завершения данного проекта, то есть к концу 4-го года. В первую очередь, это будут технологии и устройства, базирующиеся на результатах исследований первых двух лет проекта.

При полном завершении проекта в течение 2-х последующих лет будет налажен промышленный выпуск полного комплекса новой продукции по результатам всего цикла исследований. В том числе, будут полностью укомплектованы технологические линии для подготовки порошковых материалов различной крупности и состава для широкомасштабного развития и применения аддитивных технологий.

С учётом положительного опыта НПК «Механобр-техники» в экспортных поставках высокотехнологичной продукции по собственным разработкам, планируется, что все вновь создаваемые в рамках данного проекта технологии и комплексы будут также экспортно-ориентированы.

За время выполнения проекта будет опубликовано не менее 40 статей в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, будут ежегодно проводиться школы молодых учёных, будут частично откорректированы учебные программы в нескольких вузах, прочитаны объёмные курсы лекций, что позволит наряду с получением нового научного знания и дальнейшей его коммерциализации в экономике России, использовать его также для подготовки инновационно-ориентированных инженерных и научных кадров, в том числе, и на базе собственного, существующего в организации Научно-образовательного центра.