Авторы: В.В. Аксенов, Ю.А. Романов, И.Д. Мягких, А.С. Крамп

Название статьи: Комплексная методика исследований взаимодействия моделей геоходов с геосредой

Год: 2026, Номер: 3, Страницы: 119-127

Отрасль знаний: 2.8.8. Геотехнология, горные машины (технические науки)

Индекс УДК: 622.23.05

DOI: 10.26730/1816-4528-2026-3-119-127

Аннотация: В статье представлена расширенная комплексная методика экспериментальных исследований масштабных моделей геоходов, предназначенных для перемещения в неоднородных и анизотропных геосредах различного генезиса. Актуальность работы обусловлена возрастающими требованиями к надежности и энергоэффективности автономных проходческих комплексов, а также необходимостью детального изучения нелинейных, стохастических процессов взаимодействия движителя с грунтовым массивом, которые не могут быть адекватно описаны традиционными методами, регистрирующими лишь интегральные усредненные характеристики. В исследовании предложена иерархическая многоуровневая классификация регистрируемых параметров, включающая три функциональные группы: (1) силовые характеристики привода (момент страгивания, динамический крутящий момент, осевое тяговое усилие, реактивные моменты); (2) кинематические параметры движения (линейная и угловая скорости, коэффициент проскальзывания, ускорения, траекторные отклонения); (3) параметры напряженно-деформированного состояния геосреды (контактное давление в приконтурной зоне, распределение давления в массиве, деформация элементов конструкции, параметры разрушения грунта). Разработана модульная архитектура автоматизированной системы регистрации данных (АСРД), обеспечивающей синхронную регистрацию сигналов с тензометрических, оптических, инерциальных и акустических датчиков с погрешностью временной синхронизации не более 1 мс и частотой дискретизации аналоговых каналов до 500 Гц. Система реализована на базе промышленной платы сбора данных с 16-разрядным АЦП, гальванической развязкой входов, экранированием кабельных трасс и программной фильтрацией электромагнитных помех. Описан многоэтапный конвейер обработки многомерных данных, включающий предобработку сигналов (фильтрация Баттерворта, компенсация дрейфа нуля, нормализация), извлечение статистических и спектральных дескрипторов, анализ временных рядов и частотных характеристик динамических процессов. Для выявления скрытых нелинейных зависимостей применены метод главных компонент (PCA), корреляционный анализ Пирсона/Спирмена и кластеризация K-means, позволяющие визуализировать кластеры устойчивых режимов работы, оценить влияние реологических параметров грунта на энергопотребление и классифицировать типы взаимодействия «движитель–геосреда». Апробация методики на лабораторном стенде с моделированием различных типов грунтов позволила зафиксировать кратковременные пики крутящего момента при трогании геохода, превышающие средние значения в 2,5 раза; определить зону возмущения геосреды (до трех диаметров корпуса); выявить оптимальные режимы движения по критерию минимальных удельных энергозатрат; установить количественные зависимости между влажностью, плотностью грунта и тягово-скоростными характеристиками геохода. Внедрение разработанной методики сокращает сроки конструкторской доработки геоходов на 30%, повышает достоверность прогнозных математических моделей и рекомендуется для использования при создании новых модификаций проходческого оборудования, проведении сертификационных испытаний и верификации численных моделей взаимодействия рабочих органов с грунтом.

Ключевые слова: геоход экспериментальные исследования регистрация параметров тензометрия обработка данных взаимодействие с геосредой автоматизированная система сбора данных

Дата получения: 04.03.2025

Дата одобрения: 15.05.2025

Дата опубликования: 04.06.2026

ЦИТИРОВАНИЕ СКАЧАТЬ