Статті

Обґрунтування раціональної схеми компонування ґрунторозробного обладнання

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2026

Останнє оновлення: 25 квітня 2026

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1479

Authors:

Б. І. Степанюк*, orcid.org/0009-0000-2415-079X, Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. П. Лук’янчук, orcid.org/0000-0002-0892-545X, Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне, Україна

О. В. Ілючок, orcid.org/0009-0009-0239-4668, Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2026, (2): 076 - 083

https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-2/076

Abstract:

Мета. Визначення оптимального способу компонування багатоелементного робочого обладнання, що забезпечує мінімальні тягові зусилля під час розробки родовищ, розташованих поблизу поверхні землі.

Методика. Використані аналітичні методи розрахунку зусиль різання ґрунтового середовища ґрунторозробними робочими органами, методи комп’ютерного 3D-моделювання й аналізу у програмах типу САПР, методи експериментальних досліджень.

Результати. Встановлено, що зміна просторової схеми розміщення ріжучих елементів, порівняно із рядним компонуванням, дозволяє суттєво зменшити тягові зусилля й підвищити продуктивність обладнання. Для робочих органів без асиметрично-блокованого різання найбільш ефективними щодо зниження тягових зусиль є кутове, V-подібне, -подібне та дзеркальне шахове розміщення, тоді як для обладнання з асиметрично-блокованим різанням ‒ кутове, шахове, -подібне та трапецієподібне компонування. Показано, що оптимізація геометричних параметрів ріжучих елементів у докритичній області різання (b/h = 0,25–1) забезпечує максимальний ефект: зменшення тягового зусилля до 37 % і підвищення продуктивності до 31 %. За зростання співвідношення b/h ефективність оптимізації зменшується, а при b/h > 4 стає малоефективною.

Наукова новизна. Уперше комплексно встановлено вплив просторового компонування, кількості (3–10) й геометричних параметрів ріжучих елементів на енергетичні та продуктивні показники багатоелементного ґрунторозробного обладнання з урахуванням режимів різання, обґрунтовані межі ефективності оптимізації за співвідношенням (b/h)

Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні й модернізації ґрунторозробного обладнання задля зниження енерговитрат, підвищення продуктивності й ефективності експлуатації машин.

Ключові слова: розробка родовищ, ріжучі елементи, умови різання, компонування, зниження зусилля, енергоефективність

References.

1. Blednykh, V. V., Svechnikov, P. G., & Troyanovskaya, I. P. (2015). Analytical Model of Soil Pulverization and Tillage Tools. Procedia Engineering, 129, 69-74. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.010

2. Kravets, S., Suponyev, V., Goponov, A., Kovalevskyi, S., & Koval, A. (2020). Determining efficient operating modes and sizes of blades for multi-scraper trench excavators. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1(106)), 23-28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.208957

3. Kravets, S., & Forsiuk, S. (2022). Analytical determination of energy intensity of critical deep cutting of soils by multi-scraper trench excavators. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(64)), 11-16. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.257305

4. Wang, W., Liu, G., Li, J., Zha, C., & Lian, W. (2021). Numerical simulation study on rock-breaking process and mechanism of compound impact drilling. Energy Reports, 7, 3137-3148. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.05.040

5. Qiao, S. (2018). Performance evaluation of different pick layouts on bolter miner cutting head. Journal of Mining Science, 54(6), 969-978. https://doi.org/10.1134/s106273911806512x

6. Huang, H., & Guan, H. (2025). Design and cutting performance of the cutting drum for shaft boring roadheader. KSCE Journal of ­Civil Engineering, 100277. https://doi.org/10.1016/j.kscej.2025.100277

7. Zhang Q., Han Z., Zhang M., & Zhang J. (2016). Experimental study of breakage mechanisms of rock induced by a pick and associated cutter spacing optimization. Rock and Soil Mechanics. Retrieved from https://ytlx.whrsm.ac.cn/EN/10.16285/j.rsm.2016.08.007#1

8. Wang, W., Liu, G., Li, J., Zha, C., Lian, W., & Gao, R. (2021). Numerical investigation on rock-breaking mechanism and cutting temperature of compound percussive drilling with a single PDC cutter. Energy Science Engineering, 9(12), 2364-2379. https://doi.org/10.1002/ese3.990

9. Matin, M. A., Fielke, J. M., & Desbiolles, J. M. A. (2014). Furrow parameters in rotary strip-tillage: Effect of blade geometry and rotary speed. Biosystems Engineering, 118, 7-15. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2013.10.015

10.      Mudarisov, S. G., Gabitov, I. I., Lobachevsky, Y. P., Mazitov, N. K., Rakhimov, R. S., Khamaletdinov, R. R., Rakhimov, I. R., …, & Gareev, R. T. (2019). Modeling the technological process of ­tillage. Soil and Tillage Research, 190, 70-77. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.12.004

11.      Shahgholı, G., Kanyawı, N., & Kalantarı, D. (2019). Modeling the Effects of Narrow Blade Geometry on Soil Failure Draught and Vertical Forces Using Discrete Element Method. Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences, 29(1), 24-33. https://doi.org/10.29133/yyutbd.429950

12.      Armin, A., Fotouhi, R., & Szyszkowski, W. (2014). On the FE modeling of soil–blade interaction in tillage operations. Finite Elements in Analysis and Design, 92, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.finel.2014.07.004

13.      Barr, J. B., Ucgul, M., Desbiolles, J. M. A., & Fielke, J. M. (2018). Simulating the effect of rake angle on narrow opener performance with the discrete element method. Biosystems Engineering, 171, 1-15. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.04.013

14.      Makange, N. R., Ji, C., Nyalala, I., Sunusi, I. I., & Opiyo, S. (2021). Prediction of precise subsoiling based on analytical method, discrete element simulation and experimental data from soil bin. Scientific Reports, 11(1). https://doi.org/10.1038/s41598-021-90682-w

15.      Kravets, S. V., Lukianchuk, O. P., Kosiak, O. V., & Gaponov, O. O. (2020). Determination of critical depth of cutting soil by cutters with building excavators. Lecture notes in civil engineering, (pp. 631-640). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-42939-3_62

16.      Kravec, S. V., Bundza, O. Z., Suponyev, V. N., & Gaponov, O. O. (2020). Determination of the length of the ploughshare and the intensity of soil cutting by the cutters (teeth) of trench excavators. Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University, 2(88), 78. https://doi.org/10.30977/bul.2219-5548.2020.88.2.79

17.      Sukach, M. K., & Lysak, S. I. (2009). Analysis of soil cutting process models of a trenching machine. Mining, Construction, Road and Reclamation Machines, (74), 60-70. Retrieved from
https://repositary.knuba.edu.ua/handle/987654321/8355

18.      Mohammadi, M., Karparvarfard, S. H., Razavizadeh, N., Tekeste, M., Moazeni_kalat, A., Nematollahi, M. A., Namjoo, M., & Rostami, M. A. (2025). Simulation of interaction between soil and rotary tiller to predict the power consumption and investigation of surface soil mixing. Soil and Tillage Research, 252, 106626. https://doi.org/10.1016/j.still.2025.106626

19.      Zhao, H., Jiang, H., Wu, Z., Zhao, D., & Wang, A. (2025). Numerical study on the mechanism of tool impact fragmentation in heterogeneous rock under confining pressure. Deep Resources Engineering, 100208. https://doi.org/10.1016/j.deepre.2025.100208

20.      Liu, M., Sun, J., Huang, D., Qiao, D., Xiang, M., Feng, W., Fu, D., & Wang, J. (2025). Mechanism analysis of soil disturbance in sodic saline–alkali soil tillage based on mathematical modeling and discrete element simulation. Agriculture, 15(17), 1885. https://doi.org/10.3390/agriculture15171885

21.      Leshchenko, S., Salo, V., Petrenko, D., Vasylkovskyi, O., & Melnychenko, V. (2023). Research on of the influence of deep tiller parameters and combination of operating parts on soil cultivation efficiency. National Interagency Scientific and Technical Collection of Works. Design, Production and Exploitation of Agricultural Machines, (53), 196-208. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2023.53.196-208

22.      Wang, Y., Lu, C., Fan, J., Zhang, X., Chen, K., Chen, J., & Li, X. (2024). Evaluating the effects of subsoiler type and spacing on tillage resistance and soil conservation with DEM simulation and field experiment. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 17(6), 115-123. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20241706.8996

23.      Lukianchuk, O. P., & Stepaniuk, B. I. (2025). Determination of the rational composition of soil development equipment according to the construction of 3D-models of soil chip elements. Bulletin of the National University of Water and Environmental Engineering, 1(105). https://doi.org/10.31713/vt120241

24.      Lukianchuk, O. P., Stepaniuk, B. I., & Forsiuk, S. L. (2024). Experimental study of changes in cutting force depending on soil development conditions. Bulletin of the National University of Water and Environmental Engineering, 2(106), 3-12. https://doi.org/10.31713/vt220241

25.      Posmituha, A., Kravets, S., Suponyev, V., & Kulazhenko, Y. (2018). Determination of the size of the seal zone and the pressure of the soil on underground communications in the process of deformation of the soil by the wedge tip. Technology Audit and Production Reserves, 5(1(43)), 11-16. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.146626

26.      Stepaniuk, B. I., Kholodenko, V., Lukianchuk, O. P., & Kravec, S. V. (2024). Determination of the dynamic law of normal pressure distribution on the frontal (head) plane of the working body for soil development. Bulletin of the National University of Water and Environmental Engineering, 3(107), 290-296. https://doi.org/10.31713/vt3202429

• < Попередня
• Наступна >