АНАЛИЗ РЕЗОНАНСНОГО ПОВЕДЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КРУПНОГАБАРИТНОГО СТАНКА ТИПА «ПОДВИЖНАЯ СТОЙКА»

A finite elements method (FEM)-analysis has been carried out with the purpose to study dynamics of carrying system in a machine tool of unique height. This is a one-off machine with high traveling column and a support with horizontal slide can move vertically along the column. Spindle milling and boring units are mounted telescopically at slide butt end. The FEM-analysis of the machine tool has been made due to its renovation. Machine resonances, responses to cutting force, static and dynamic rigidity in spindles have been estimated in the paper. The machine carrying system is subtle, heavy and structurally complicated. Its structural chain includes a carriage, a column, a support, a slide, spindle units interconnected with the help of hydro-static guides. While varying main parameters their influence on rigidity has been investigated in the paper. Height of  support lifting, column material and rigidity of longitudinal drive have been changed during the investigations.Static, modal and harmonic MEF-analyses have been executed in the paper. Frequency-response characteristic of the machine has been constructed in the process of the investigations. Two support bending resonances have been detected in the column at low frequency. Such Due to this there are limits for usage of the machine in sub-resonance and static frequency range. The most powerful resonance has been observed at frequency of 27.8 Hz. The resonance has manifested itself as torsional oscillations of the column together with the support and the slide.Slide bending resonances have been revealed at higher frequencies 65–105 Hz. Three intervals which are fit for machine operation have been determined between resonance ranges. There is a prospective usage of the machine in inter-resonance (32–65 Hz) and super-resonance (more than 105 Hz) intervals. It has been shown that rigidity in spindle is a sequence higher in dynamic intervals than in a static interval. Machine subtility can be compensated by its transition to high-speed machining.Проведен МКЭ-анализ динамики несущей системы уникального по высоте станка. Это единичный станок типа Travelling column с высокой подвижной стойкой, по которой вертикально может перемещаться суппорт с горизонтальным ползуном. В рабочем торце ползуна телескопически смонтированы фрезерный и расточной шпиндельные узлы. МКЭ-анализ станка производили в связи с его реновацией. Оценивали резонансы станка, отклики на силы резания, статическую и динамическую жесткость на шпинделях. Несущая система станка является субтильной, тяжелой и сложносоставной. Это цепочка из салазок, стойки, суппорта, ползуна, шпиндельных узлов, связанных гидростатическими направляющими. Исследовали влияние на жесткость такой цепочки варьирования ведущих параметров, при этом изменяли высоту подъема суппорта, материал стойки и жесткость продольного привода.Проведены статический, модальный и гармонический МКЭ-анализы. Построена амплитудно-частотная характеристика станка. Обнаружены два изгибных резонанса суппорта на стойке на низких частотах. Это ограничивает использование станка в дорезонансном и статическом диапазоне частот. Самый мощный резонанс выявлен на частоте 27,8 Гц. Он заключается в крутильных колебаниях стойки вместе с суппортом и ползуном.На более высоких частотах 65–105 Гц выявлен диапазон изгибных резонансов ползуна. Между резонансными диапазонами найдено три интервала, пригодных для эксплуатации станка. Станок перспективно использовать в межрезонансном (32–65 Гц) и в зарезонансном (более 105 Гц) интервале. Показано, что в динамических интервалах жесткость на шпинделе на порядок выше, чем в статическом интервале. Субтильность станка может быть компенсирована переходом к высокоскоростной обработке

Plasmon Resonance of Silver Nanoparticles as a Method of Increasing Their Antibacterial Action

In this article, a series of silver-containing dressings are prepared by metal-vapor synthesis (MVS), and their antibacterial properties are investigated. The antibacterial activity of the dressings containing silver nanoparticles (AgNPs) against some Gram-positive, and Gram-negative microorganisms (Staphylococcus aureus, Staphylococcus haemolyticus, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Moraxella spp.) has been determined. Based on the plasmon resonance frequency of these nanoparticles, the frequency of laser irradiation of the dressing was chosen. The gauze bandage examined showed pronounced antibacterial properties, especially to Staphylococcus aureus strain. When 470 nm laser radiation, with a power of 5 mW, was applied for 5 min, 4 h after inoculating the Petri dish, and placing a bandage containing silver nanoparticles on it, the antibacterial effect of the latter significantly increased—both against Gram-positive and Gram-negative microorganisms. The structure and chemical composition of the silver-containing nanocomposite were studied by transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). The synthesized AgNPs demonstrate narrow and monomodal particle size distribution with an average size of 1.75 nm. Atoms of metal in Ag/bandage system are mainly in Ag0 state, and the oxidized atoms are in the form of Ag-Ag-O groups

МОДАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ ТЯЖЕЛОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО СТАНКА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

The aim of the paper is to reveal and analyze resonance modes of a large-scale milling-drilling-boring machine. The machine has a movable column with vertical slot occupied by a symmetrical carriage with horizontal ram. Static rigidity of the machine is relatively low due to its large dimensions. So it is necessary to assess possible vibration activity. Virtual and operational trials of the machine have been carried out simultaneously. Modeling has been executed with the help of a finite element method (FEM). The FEM-model takes into account not only rigidity of machine structures but also flexibility of bearings, feed drive systems and guides. Modal FEM-analysis has revealed eight resonance modes that embrace the whole machine tool. They form a frequency interval from 12 to 75 Hz which is undesirable for machining. Three closely located resonances (31-37 Hz) are considered as the most dangerous ones. They represent various combinations of three simple motions: vertical oscillations of a carriage, horizontal vibrations of a ram and column torsion. Reliability of FEM- estimations has been proved by in-situ vibration measurements.An effect for stabilization of resonance modes has been detected while making variations in design parameters of the machine tool. For example, a virtual replacement of cast iron for steel in machine structures practically does not have any effect on resonance frequencies. Rigidity increase in some parts (e.g. a ram) has also a small effect on a resonance pattern. On the other hand, resonance stability makes it possible to avoid them while selecting a spindle rotation frequency.It is recommended to set double feed drives for all axes. A pair of vertical screws prevents a “pecking” resonance of the carriage at frequency of 54 Hz. It is necessary to foresee an operation of a main drive of such heavy machine tool in the above resonance interval with the spindle frequency of more than 75 Hz. For this purpose it is necessary to proceed to high-speed machining (HSM).Целью работы является обнаружение и анализ резонансных мод крупногабаритного фрезерно- сверлильно-расточного станка. Станок имеет подвижную стойку с вертикальной прорезью, в которой перемещается симметричная каретка с горизонтальным ползуном. Статическая жесткость машины невелика из-за больших размеров, поэтому нужно оценить виброактивность. Совместно выполнены виртуальные и натурные испытания станка. Моделирование произведено с помощью метода конечных элементов (МКЭ). В МКЭ-модели учтена не только жесткость корпусных деталей, но и податливость подшипников, приводов подач и направляющих. Модальный МКЭ-анализ выявил восемь резонансных мод, охватывающих весь станок. Они образуют нежелательную для обработки область от 12 до 75 Гц. Особую опасность представляют три близко расположенных резонанса - 31-37 Гц. Они являются разными комбинациями трех простых движений: вертикальной осцилляции каретки, горизонтальных колебаний ползуна и закручивания стойки. Достоверность МКЭ-расчета подтверждена натурными измерениями вибраций.Обнаружен эффект стабилизации резонансных мод при вариации конструктивных параметров станка. Например, виртуальная замена чугуна на сталь в корпусных деталях почти не влияет на резонансные частоты. Повышение жесткости отдельных деталей, например ползуна, также слабо воздействует на картину резонансов. С другой стороны, стабильность резонансов позволяет обходить их при выборе частоты вращения шпинделя.Рекомендуется ставить двойные приводы на все оси. Пара вертикальных винтов препятствует «клевковому» резонансу каретки на частоте 54 Гц. В главном приводе такого тяжелого станка нужно предусмотреть работу в зарезонансной области - с частотой шпинделя более 75 Гц. Для этого надо перейти к высокоскоростной обработке (ВСО)

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ КОЛЬЦЕВОГО КОНЦЕНТРАТОРА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СИСТЕМЫ

The paper provides substantiation on application of elastic annular concentrators of ultrasonic systems which allows to increase an intensity of tool vibrations. It has been shown that elastic elements are used as resonators and tools in a number of ultrasonic technological systems. However an application of the elastic elements as concentrators of ultrasonic vibrations has been insufficiently studied and requires research and development of recommendations for usage. For this purpose theoretical studies have been carried out and they have helped to perform modal and harmonic analysis of several variants for a computer model of a ring with outer diameter D = 50 mm. Models of rings with various hole sizes from 20 to 40 mm have been analyzed while changing hole axis position relative to ring axis. The paper shows modes of ring flexural vibrations which can be either flat or three-dimensional depending on frequency of forced oscillations. It has been pointed out that an increase in a ring internal diameter is accompanied by higher amplitude of bending oscillations in the thinnest ring section. The same effect is achieved by increasing eccentricity of a hole axis. The paper contains recommendations for determination of rational geometric parameters which allows to increase an oscillation amplitude gain ratio and it is determined as ratio of ring section thickness. It has been established that decrease in section thickness is accompanied by higher number of frequencies for ring resonance oscillations. So, if a concentric ring and a ring with small hole diameter have only one resonance frequency, then thin-walled rings with a variable cross-section have not less than three natural resonance frequencies of oscillations that makes it possible to increase a range of vibration frequencies and technological capabilities of the ultrasonic system. It has been also found that an intensity in fluctuations of the ultrasonic system is increased even more if at the same time a cross-section of a ring with variable stiffness is decreased as along thickness so across the width.Дано обоснование применению упругих кольцевых концентраторов ультразвуковых систем, позволяющих повысить интенсивность колебаний инструмента. Показано, что упругие элементы используются в качестве резонаторов и инструментов в ряде ультразвуковых технологических систем. Однако применение упругих элементов в качестве концентраторов ультразвуковых колебаний недостаточно изучено и требует проведения исследований, а также разработки рекомендаций для их использования. С этой целью проведены теоретические исследования, позволившие выполнить модальный и гармонический анализ нескольких вариантов компьютерной модели кольца наружным диаметром D = 50 мм. Проанализированы модели колец с различными размерами отверстий (от 20 до 40 мм) при изменении положения оси отверстия относительно оси кольца. Показаны моды изгибных колебаний кольца, которые могут быть плоскими или трехмерными в зависимости от частоты вынужденных колебаний. Отмечено, что увеличение внутреннего диаметра кольца сопровождается усилением амплитуды изгибных колебаний в наиболее тонком сечении кольца. Такой же эффект достигается при увеличении эксцентриситета оси отверстия. Разработаны рекомендации для определения рациональных геометрических параметров, позволяющих повысить коэффициент усиления амплитуды колебаний, который определяется как отношение толщин сечения кольца. Установлено также, что уменьшение толщины сечения сопровождается увеличением количества частот резонансных колебаний кольца. Так, если концентричное кольцо и кольцо с небольшим диаметром отверстия имеют лишь одну резонансную частоту, то тонкостенные кольца с переменным сечением имеют не менее трех собственных резонансных частот колебаний, что позволяет увеличить диапазон частот колебаний и технологические возможности ультразвуковой системы. Установлено также, что интенсивность колебаний ультразвуковой системы повышается еще в большей мере, если одновременно уменьшать поперечное сечение кольца с переменной жесткостью, как по толщине, так и по ширине

МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДИНАМИКИ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ ФРЕЗЕРНО-СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНОГО СТАНКА С МОНОСТОЙКОЙ

 FEM-analysis of dynamics in the bearing system of a heavy-duty machine tool has been carried out in the paper. This is a prospective variant for a large-size multi-purpose machine tool with a horizontal sliding ram. A saddle and a ram are moving vertically along a subtle mono-column. A rigid double-column is used in the existing analog machine tool. A static, modal and harmonic analysis of the bearing system with the mono-column has been made in the paper. It has been done with the help of FEM-simulation prior to fabrication of a prototype sample. Previously conducted calculations for the analog machine tool have shown good compatibility of FEM-calculation with experiments.Six common machine tool resonances have been revealed for the bearing system. Their oscillating cutting forces are actively exciting three-four resonance modes. Ranges of a flexure-torsion resonance (20–40 Hz) and nose-diving resonances (70–90 Hz) have been determined in the paper. The paper shows that the range of multi-wave resonances starts significantly higher from 140 Hz. These resonances are interconnected with bending oscillations of the ram and bucklings of the column walls which are matched with the oscillations. The paper demonstrates stability in resonance pattern. The torsional resonance of the column on the frequency of nearly 40 Hz is considered as the more dangerous one. Spindle rigidity goes down up to 3.8 Н/μm. It is possible to observe self-stabilization of the torsional resonance. Frequency of the torsional oscillations is practically unchangeable when there is a lifting or lowering down of the saddle and the ram. It is related to the migration of dynamical axis of torsion.Frequency-response characteristics of the bearing system have been constructed for various saddle positions on the column. Three frequency intervals that make it possible to carry out machining operation have been determined in the paper. The first interval is a static one. The machine tool with a mono-column comes short of the analog machine tool in this interval. The main reason of it is low static rigidity of the subtle column. The second interval is narrow and it is located between flexure-torsion and nose-diving resonances. The third interval is considered as the most efficient one. The interval contains a section of inter-range pause between general machine tool and multi-wave resonances. In this case it is possible to observe a significant increase of the dynamic rigidity on the spindle that compensates the column subtility. High potential of the dynamic rigidity has been revealed in the direction of the ram axis (>2000 Н/μm). The paper shows liability of the machine tool to displacement crossings during oscillations. Peculiar features of this effect have been discussed in the paper. The diagram with a mono-column is recommended for practical application. The main condition is a transition to high-speed drive within the framework of concept on high-speed machining. It is necessary to ensure rigidity of the axial feed drive system.Проведен МКЭ-анализ динамики несущей системы тяжелого станка. Это перспективный структурный вариант для крупногабаритного многоцелевого станка с горизонтальным ползуном. Каретка и ползун перемещаются вертикально по субтильной моностойке. В существующем станке-аналоге используется жесткая двойная стойка. Выполнены статический, модальный и гармонический анализы несущей системы с моностойкой МКЭ-моделированием до изготовления опытного образца. Расчеты для станка-аналога показали хорошее совпадение МКЭ-расчета с экспериментами.Выявлены шесть общестаночных резонансов несущей системы. Из них осциллирующие силы резания активно возбуждают три-четыре резонансные моды. Установлены диапазоны изгибно-крутильных (20–40 Гц) и клевковых резонансов (70–90 Гц). Существенно выше (от 140 Гц) начинается диапазон многоволновых резонансов, которые связаны с изгибными колебаниями ползуна и согласованными с ними выпучиваниями стенок стойки. Показана стабильность картины резонансов. Наиболее опасен крутильный резонанс стойки на частоте около 40 Гц. Жесткость на шпинделе падает до 3,8 Н/мкм. Наблюдается самостабилизация крутильного резонанса. Частота крутильных колебаний почти не меняется при подъеме–опускании каретки с ползуном. Это связано с миграцией динамической оси кручения.Построены амплитудно-частотные характеристики несущей системы для различных положений каретки на стойке. Определены три интервала частот, в которых возможна обработка на станке. Первый интервал является статическим. В нем станок с моностойкой уступает станку-аналогу. Причиной является низкая статическая жесткость субтильной стойки. Второй интервал узок и находится между изгибно-крутильными и клевковыми резонансами. Наиболее эффективен третий интервал. В нем есть участок междиапазонной паузы между общестаночными и многоволновыми резонансами. Здесь наблюдается существенное увеличение динамической жесткости на шпинделе, что компенсирует субтильность стойки. Высокий потенциал динамической жесткости выявлен в направлении оси ползуна (>2000 Н/мкм). Обнаружена склонность станка к кроссингу перемещений при колебаниях. Обсуждены особенности этого эффекта. Схема с моностойкой рекомендуется к использованию на практике. Условием является переход к быстроходному главному приводу в рамках концепции высокоскоростной обработки. Требуется обеспечить жесткость осевого привода подачи

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРЕБРЕНИЯ ТРАВЕРСЫ ПРОДОЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА С ПОДВИЖНЫМ ПОРТАЛОМ

A finite element modeling of recoverable traverse deformations of heavy milling planers with traveling bridges has been carried out in the paper. The paper reveals specific deformation modes – twisting, bending and cross-section crabbing. Various variants of internal traverse ribbing have been investigated in the paper. The paper shows a ribbing influence on some deformation modes and its efficiency with double walls. Recommendations on provision of base components’ rigidity with material economical expenditure is given in the paper.Проведено конечно-элементное моделирование упругих деформаций траверсы тяжелого продольно-фрезерного станка с подвижным порталом. Выявлены характерные моды деформации – кручение, изгиб и перекос сечения. Исследованы различные варианты внутреннего оребрения траверсы. Установлено влияние оребрения на отельные моды деформации. Показана эффективность оребрения с двойными стенками. Даны рекомендации по обеспечению жесткости базовых деталей при экономном расходовании материала

Antimicrobial resistance in foodborne <i>Salmonella enterica</i> isolates in the Republic of Belarus

Introduction. Antimicrobial resistance is a global public health concern. Salmonella spp., which can be transmitted to humans through contaminated food, are among the most important foodborne pathogens worldwide. Materials and methods. The antimicrobial resistance of 358 bacterial isolates collected from food and water in the Republic of Belarus (Belarus) in 20182021 was studied by analyzing phenotypic and genotypic characteristics of antibiotic bacterial resistance. MALDI-TOF mass spectrometry was used to classify and identify bacteria. Phenotypic antimicrobial susceptibility of bacteria was measured by the minimum inhibitory concentration method using a Sensititre automated bacteriological analyzer and the disk diffusion test for 45 antimicrobial agents. Antimicrobial resistance genes in multidrug-resistant Salmonella isolates were identified by whole-genome sequencing. Results. The in vitro testing of phenotypic bacterial susceptibility showed high susceptibility to fluoroquinolones (97.2%), third-generation cephalosporins (93.9%), carbapenems (98.0%), ampicillin (81.8%), aminoglycosides (97.5%), tetracyclines (87.5%), chloramphenicol (93.8%), trimethoprim/sulfamethoxazole (co-trimoxazole) (95.3%) and colistin (85.2%). It was found that the antibiotic resistance mechanism in S. enterica was associated with the presence of genes blaTEM-1B (82%), blaTEM-1C (7.7%), blaSHV-12 (2.6%), blaDHA-1 (2.6%), blaCMY-2 (7.7%), qnrB2 (9.1%), qnrB4 (9.1%), qnrB5 (9.1%), qnrB19 (72.7%), aac(6)-Ib-cr (9.1%), aac(6)-Iaa (100%), aadA1 (13.2%), aadA2 (8.8%), tetB (74.3%), tetA (25.7%), tetM (2.9%), tetD (28.6%), mcr-9 (1.5%). Conclusion. All the bacterial isolates were phenotypically susceptible to first-line antibiotics used in treatment of salmonellosis: fluoroquinolones and third-generation cephalosporins. The whole-genome sequencing of multidrug-resistant Salmonella isolates (19.0%) detected resistance genes for 9 groups of antibiotics: aminoglycosides (100%), beta-lactams (57.4%), fluoroquinolones (16.2%), tetracyclines (51.5%), macrolides (1.5%), phenicols (30.4%), trimethoprim (13.0%), sulfonamides (47.8%) and colistin (1.4%). Thus, epidemiological surveillance of the Salmonella spread through the food chain is of critical importance for the monitoring of antimicrobial resistance among foodborne Salmonella

HYDROBONDED NONWOVEN SILVER-CONTAINING MATERIAL IN TREATMENT OF ASEPTIC WOUNDS

Background. The urgent problem of surgery is the search for new and promising bandaging materials for the treatment of wounds. One of the variants may be a hydrobonded nonwoven material with silver nanoparticles, obtained by the laser ablation method. Aim of the research. To study the effect of a hydrobonded nonwoven material, containing silver nanoparticles of various sizes, on the healing of an experimental aseptic cutaneous wound and the parameters of complete and biochemical blood tests as well as to determine the possible toxicity of silver nanoparticles on the liver, kidneys and myocardium. Material and methods. Silver nanoparticles were obtained by the laser ablation method in a liquid. The wound healing effect was evaluated on a model of an aseptic skin wound in laboratory white rats. After the healing of the wound blood was taken for complete and biochemical tests. The toxic effect of a hydrobonded bandaging material on the liver, kidneys and myocardium was assessed pathomorphologically and by changes in the biochemical blood test. Results. The obtained data demonstrated acceleration of the healing of the experimental aseptic skin wound with the use of silver nanoparticles by 9.2-15.6 % and the absence of toxic effects of silver nanoparticles on the liver, kidneys and myocardium, as well as significant changes in the indices of complete and biochemical blood tests. Conclusions. Hydrobonded nonwoven material with silver nanoparticles accelerates the healing of an aseptic skin wound without causing toxic effects on the liver, kidneys and myocardium. It can be used in clinical practice after further studyin

MODAL ANALYSIS OF CARRIER SYSTEM FOR HEAVY HORIZONTAL MULTIFUNCTION MACHINING CENTER BY FINITE ELEMENT METHOD

The aim of the paper is to reveal and analyze resonance modes of a large-scale milling-drilling-boring machine. The machine has a movable column with vertical slot occupied by a symmetrical carriage with horizontal ram. Static rigidity of the machine is relatively low due to its large dimensions. So it is necessary to assess possible vibration activity. Virtual and operational trials of the machine have been carried out simultaneously. Modeling has been executed with the help of a finite element method (FEM). The FEM-model takes into account not only rigidity of machine structures but also flexibility of bearings, feed drive systems and guides. Modal FEM-analysis has revealed eight resonance modes that embrace the whole machine tool. They form a frequency interval from 12 to 75 Hz which is undesirable for machining. Three closely located resonances (31-37 Hz) are considered as the most dangerous ones. They represent various combinations of three simple motions: vertical oscillations of a carriage, horizontal vibrations of a ram and column torsion. Reliability of FEM- estimations has been proved by in-situ vibration measurements.An effect for stabilization of resonance modes has been detected while making variations in design parameters of the machine tool. For example, a virtual replacement of cast iron for steel in machine structures practically does not have any effect on resonance frequencies. Rigidity increase in some parts (e.g. a ram) has also a small effect on a resonance pattern. On the other hand, resonance stability makes it possible to avoid them while selecting a spindle rotation frequency.It is recommended to set double feed drives for all axes. A pair of vertical screws prevents a “pecking” resonance of the carriage at frequency of 54 Hz. It is necessary to foresee an operation of a main drive of such heavy machine tool in the above resonance interval with the spindle frequency of more than 75 Hz. For this purpose it is necessary to proceed to high-speed machining (HSM)