Разработана математическая модель проходческого комбайна как пространственной многомассовой динамической системы переменной структуры. Модель может быть использована при оптимизации его параметров.

Рассмотрены основные источники вибрации в самоходных машинах. Указаны преимущества активных виброзащитных систем перед пассивными. Предложена новая конструкция виброзащитной системы для проходческих комбайнов на базе управляемого гасителя колебаний.

Розроблено метод аналізу ефективності способів регулювання навантаження на двигун приводу виконавчого органу прохідницького комбайна з аксіальними коронками на базі ймовірнісної математичної моделі умов його експлуатації. Встановлено, що область раціональних значень швидкості подачі повинна визначатися з урахуванням параметрів коронки, можливості виникнення повторних блокованих зрізів, що істотно знижують ефективність процесу руйнування вибою, особливостей кінематики системи підвіски стріли та динамічних коливань стріли під час руйнування вибою. Визначено закономірності впливу різних способів регулювання навантаження на ефективність роботи прохідницького комбайна за умов Донбасу, розроблено математичну модель оптимізації параметрів системи подачі.

Обгрунтовано параметри системи підвіски виконавчого органа прохідницьких комбайнів стрілоподібного типу з метою підвищення ресурсу цих машин. Розроблено математичну модель процесу руйнування вибою прохідницьким комбайном з аксіальними коронками, створену на базі врахування зазорів у шарнірних сполученнях корпусних елементів і в напрямних висування виконавчого органа, а також їх вибірки за рахунок застосування гідрозатискачів. Експериментально встановлено закономірності формування навантажень силових циліндрів повороту і потужності двигуна привода виконавчого органа. Теоретично встановлено закономірності впливу наявності гідрозатискачів у напрямних висування і зазорів у шарнірах системи підвіски виконавчого органа на ресурс прохідницького комбайна. Розроблено математичну модель оптимізації та методику визначення раціональних параметрів системи підвіски виконавчого органа за критерієм ресурсу.

Выполнен синтез результатов, достигнутых при создании современных очистных и проходческих комбайнов в сравнении с машинами предыдущих поколений. Определены отличительные особенности параллельного проектирования выемочных машин нового поколения на основе функционально-структурной и структурно-конструктивной синергетической интеграции. Сформированы концептуальные положения оптимального проектирования и направлений развития выемочных машин как энергетических машин мехатронного класса. Разработаны математические модели оптимального проектирования традиционных и информационно-электронных составляющих комбайнов будущего поколения с высокой степенью интеллектуализации процессов управления этими машинами.

Разработана математическая модель рабочего процесса мехатронного проходческого комбайна стреловидного типа. Модель позволяет осуществлять анализ функционирования комбайна с учетом его структуры и параметров, пространственности, многомассовости и технологической схемы работы, формируемой интеллектуальной системой управления. В результате натурного эксперимента установлена адекватность разработанной математической модели.

Запропоновано модель функціонування приводу виконавчого органу прохідницького щита з мультиплікатором тиску. Проведено аналіз грунтів та їх міцності, який виявив актуальність та необхідність підвищення величини сили різання. Визначено місце установки мультиплікатора тиску в гідроприводі. Синтезована система диференціальних рівнянь руху елементів тримасової моделі функціонування приводу виконавчого органу. Запропоновано метод інтегрування системи диференціальних рівнянь за допомогою оболонки MathСad. Встановлено динамічні параметри взаємодії ковша і грунта під час роботи мультиплікатора. Визначено характер коливального процесу. Встановлено основні параметри коливань та стабілізації робочого обладнання щита.

Определены задачи адаптивной оптимизации рабочего процесса проходческого комбайна, решение которых должно осуществляться в процессе его функционирования. Для этих задач обоснованы критерии и параметры оптимизации, выполнена декомпозиция и предложен алгоритм решения системой интеллекта комбайна. Установлено, что адаптивная оптимизация рабочих процессов проходческого комбайна позволяет обеспечить высокие темпы проходки (300 м/мес. и более) при сниженных на 40 - 60 % требованиях к мощности привода исполнительного органа и массе комбайна.

Приведены результаты экспериментального исследования разрушения крепких горных пород инструментом с вращающейся режущей частью, а также описана методика проведения исследования.

Разработана математическая модель процесса разрушения забоя проходческим комбайном, учитывающая изнашивание и возможность поломки резцов в процессе работы. На основе натурного эксперимента установлена адекватность разработанной модели. Модель использована для разработки средств и методик косвенной диагностики технического состояния режущего инструмента без остановки комбайна и обоснования эффективной стратегии замены изношенного инструмента.

Подчеркнуто, что микросейсмический мониторинг массивов горных пород, например шахт, позволит получить данные о состоянии массива на границах отработанных пространств при различных уровнях выполнения горных работ. Основными проблемами мониторинга являются отсутствие информации о состоянии массива над выработанным пространством и несовершенство аппаратуры, которая должна обеспечивать высокую точность и чувствительность исследований. На примере пьезоэлектрического датчика KD-35 показано изучение его характеристик по данным лабораторных испытаний, предварительной калибровки и исследовательских полевых работ с целью изучения свойств откликов пьезодатчика (сенсора) на внешние возбудители на различных расстояниях от него.

Разработана математическая модель оценки и получены закономерности влияния способа управления подачей исполнительного органа проходческого комбайна на величину перебора породы.

Мета роботи - розглянути основні питання підвищення ефективності ведення відкритих гірничих робіт при застосуванні комбайнів пошарового фрезерування для розробки напівскельних і скельних гірських порід. Методи - теоретичний аналіз досліджень і узагальнення літературних джерел присвячених роботі комбайнів пошарового фрезерування в різних умовах розробки родовищ корисних копалин. Аналіз області застосування сучасних високопродуктивних машин пошарового фрезерування для досягнення максимальних показників їх роботи з урахуванням гірничотехнічних умов розробки порід. Наукова новизна - обгрунтовано можливість впровадження технології пошарового фрезерування гірських порід сучасними високопродуктивними кар'єрними комбайнами, як альтернатива діючій технології ведення відкритих гірничих робіт із підготовкою порід до виймання вибухом. Завдяки чому підвищуються техніко-економічні показники роботи гірничовидобувного підприємства і зменшується негативний вплив на навколишнє середовище. Практична значимість - аналіз дослідження дозволяє здійснити удосконалення технології розробки родовищ корисних копалин шляхом застосування кар'єрних комбайнів фрезерного типу, а також свідчить про достатню надійності їх роботи і необхідність впровадження їх на глибоких кар'єрах в складних гірничотехнічних і гірничо-геологічних умовах ведення гірничих робіт. Використання гірничих комбайнів в діючій технології відкритої розробки напівскельних і скельних порід витісняє технологічний процес підготовки порід до виймання вибухом. В умовах досягнення значної глибини відпрацювання порід, комбайновим способом підвищується ефективність вилучення порід розкриву та збільшується активність робочої зони. Результати - область застосування кар'єрних комбайнів визначається встановленими взаємозв'язками між технологічними параметрами роботи комбайнів фрезерного типу і параметрами елементів системи розробки родовищ корисних копалин враховуючи фізико-механічні властивості порід в діючих складних умовах відпрацювання залізо-рудних покладів. Обгрунтування раціональної роботи транспортного та виймально-навантажувального обладнання в якості кар'єрних фрезерних комбайнів є найважливішою умовою, котра забезпечить отримання максимальних показників роботи виймально-транспортного комплексу кар'єру при мінімальних витратах на розробку залізорудного покладу.

Purpose. To evaluate the effect of mining and technical factors on friction combustion of methane-air mixtures on the basis of a mathematical model of heat processes while breaking gas-saturated rock mass using shearers and tunneling machines. Methodology. To achieve the objective, methods of physical and mathematical modeling have been applied to study heat flow in terms of friction interaction of the cutters of a shearer's working organ and to analyze the process of friction spark formation under real conditions of gas-saturated rock mass breaking. Findings. The research shows that heat flow from the incandescent friction site while rock mass breaking by shearer's working organ is 1,027 mJ; that exceeds the minimal energy of methane-air mixture combustion (0,28 mJ) by almost 4 times. In terms of critical temperature of methane combustion, that is more than two-fold excess. A process of friction spark formation has been analyzed. It has been defined that only friction sparks of up to 60 mcm, which do not have the energy sufficient to inflame the methane-air medium, are not hazardous. The rest of friction particles, struck by the shearer's working organ, are fire- and explosion hazardous within the velocity range of more than 0,5 m/s. Originality. Analytic expressions have been obtained to calculate the energy transferred by a friction spark to the dust-methane-air mixture depending on its spark diameter and velocity. Practical value. Methodology to calculate heat flow in terms of friction interaction has been developed; the methodology helps calculate heat flow from the incandescent friction site under real conditions of gas-saturated rock mass breaking. Methodology to evaluate ignition properties of friction sparks has been elaborated making it possible to calculate values of the parameters of friction sparks and energy transferred by a friction particle to the combustion medium within the period of cooling from the initial temperature down to the temperature of the medium self-ignition. Comparing the obtained values of temperature and energy with the temperature of medium self-ignition and minimal energy of hazardous medium combustion, it is possible to conclude on the spark hazard of the materials and, consequently, to develop preventive measures to limit the use of such materials in real technological processes.