Марчук Л. Р. Адаптивна мехатронна система ударного руйнування гірських порід

Ідея роботи полягає у використанні адаптивної мехатронної системи керування параметрами ударного пристрою для ефективного руйнування гірських порід в умовах змінного робочого середовища. Актуальність роботи підкреслена її значенням для гірничодобувної промисловості, яка відіграє ключову роль у глобальному переході на відновлювані джерела енергії. Робота спрямована на розробку більш енергоефективних та екологічно чистих методів видобутку, зокрема для кольорових металів, таких як літій і кобальт. Зростання попиту на ці метали створює розрив між поточними можливостями технологій переробки та зростаючими потребами, що підкреслює нагальну потребу в удосконаленні видобувних технологій. Розробка адаптивної мехатронної системи для руйнування гірських порід відповідає законодавчим пріоритетам України. Дослідження виконано відповідно до плану кафедри автоматизації електротехнічних та мехатронних комплексів в рамках науково-дослідної роботи “Удосконалення електромеханічних та мехатронних систем”. Основні положення дисертації включають мету, завдання, об’єкт та предмет дослідження, а також методи дослідження, які включають математичне моделювання та використання різноманітних програмних продуктів. Новизна наукових положень та практичне значення одержаних результатів також підкреслені. Дисертація включає результати публікацій та апробації наукових досягнень. Структура дисертації складається зі вступу, п’яти розділів з висновками до кожного розділу, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота містить 49 рисунків і одну таблицю на 117 сторінках. Частина досліджень виконана в рамках програм міжнародної академічної мобільності, таких як Erasmus+ та проєкт DAAD Східне партнерство. У дисертації проведено аналіз сучасних мехатронних систем, зокрема у контексті глобального переходу до відновлюваних джерел енергії та зростання попиту на метали. Обговорено необхідність вдосконалення процесів видобутку корисних копалин з використанням ударних систем. Детально проаналізовано останні досягнення в області електрогідравлічних приводів та пристроїв для руйнування гірських порід, порівняно електричні, гідравлічні та пневматичні приводи, їх переваги та застосування в різних умовах. Розглянуто систему рекуперації енергії на прикладі акумулятора для гідравлічної стріли екскаватора з інноваційною комбінацією розімкнутої та замкнутої систем керування. Розглянуто модель електрогідравлічного приводу і стріли екскаватора, що використовує 4/3-ходовий регулювальний клапан. Описана унікальна конструкція ударного пристрою направленої дії з самозарядним механізмом зведення бойка і зарядки пневмоакумулятора. Методика аналітичних досліджень включає статистичні розрахунки, моделювання з використанням нелінійних диференціальних рівнянь та дискретно-неперервної математичної моделі. Досліджено ключові параметри, що впливають на ефективність ударного пристрою та енергетичні характеристики пневматичного акумулятора. Визначено робочі діапазони показників стиснення газу та політропи. Вивчено взаємодію між термодинамічними умовами та енергетичними параметрами пневмоакумулятора. Аналіз показав, що адіабатичний процес демонструє повільнішу швидкість збільшення енергії при підвищенні тиску. Розроблено нелінійну модель у формі диференціального рівняння, що відображає процес енергорозрядки пневмоакумулятора при розгоні бойка. Використання кінетостатичного методу дозволило розрахувати силу інерції і встановити профіль прискорення бойка. Запроваджено метод пониження порядку диференціального рівняння, що спростило розв’язок і допомогло встановити степеневу залежність між швидкістю бойка та його переміщенням. Розроблена дискретно-безперервна математична модель враховує інерційно-хвильові взаємодії бойка та інструмента в процесі передачі енергії гірському масиву. Розроблено імітаційну модель функціонування ударного пристрою в системі Matlab, що дозволило встановити раціональні режими роботи та параметри функціонування системи, а також сформувати вимоги до мехатронної системи адаптивного керування процесом руйнування гірських порід. Визначено посилення контактної сили між ударним інструментом і ґрунтовим масивом, що продемонструвало потенційні можливості адаптивної системи. Описано реалізацію мехатронної системи з електроживленням за трьома варіантами. Запропоновано блок-схему функціонування системи та схему зв’язків функціональних блоків адаптивного керуванням тиском в пневмоакумуляторі ударного пристрою. Проведено розрахунки основних електротехнічних параметрів електромагнітного клапана та встановлено частотні параметри його функціонування. Оцінено ефективність роботи електромагнітної системи та визначено тривалість безперервної роботи адаптивної системи. Наведена інформація розкриває поведінку адаптивної мехатронної системи керування ударним пристроєм для різних технологічних умов, а також складає основу для потенційного покращення продуктивності за допомогою мехатронної системи керування.