Динамическая модель электромагнитного молота для дробления негабаритов горных пород

Одним из направлений развития машин ударного действия для дробления негабаритов горных пород является применение в качестве навесного оборудования электромагнитных молотов. Достоинством оборудования, использующего в качестве источника движущей силы энергию магнитного поля, является конструктивная простота и надежность работы в различных климатических условиях, включая районы Крайнего Севера, а также относительно высокий КПД передачи энергии ударом. Особенностью электромагнитных молотов является работа в переходных режимах, что осложняет решение задачи рационального выбора основных конструктивных параметров. Существующие сегодня методы проектирования являются приближенными и в своем большинстве основанными на статических подходах. Актуальность проводимых исследований обусловлена перспективностью практического использования электромагнитных молотов при дроблении негабаритов горной породы, а также необходимостью совершенствования методов их рационального проектирования. Статья посвящена разработке имитационной динамической модели электромагнитного молота с управлением по координате положения бойка. Создана динамическая модель электромагнитного молота, реализованная методами структурного моделирования в Matlab Simulink с использованием численных методов. Использование модели для расчета сложных электромеханических процессов позволяет одновременно анализировать работу всех подсистем молота во времени и пространстве, а также своевременно вносить корректировки при выборе основных параметров конструкции, что повышает качество проектирования. Приведена количественная оценка результатов имитационного моделирования. Отмечено, что управление кинетической энергией по координате положения бойка целесообразно выполнять в период его рабочего хода.

Нейман Л. А., Нейман В. Ю. Динамическая модель электромагнитного молота для дробления негабаритов горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 2. – С. 145–156. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_2_0_145.

Нейман Людмила Андреевна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: neyman31@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3442-6531,
Нейман Владимир Юрьевич¹ — д-р техн. наук, зав. кафедрой, e-mail: nv_nstu@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-8433-1610,
¹ Новосибирский государственный технический университет.

Нейман В.Ю., e-mail: nv_nstu@mail.ru.

1. Жабин А. Б., Керимов З. Э. Анализ результатов исследований машин ударного действия // Горное оборудование и электромеханика. — 2020. — № 3(149). — С. 49—54. DOI: 10.26730/ 1816-4528-2020-3-49-54.

2. Юнгмейстер Д. А., Бричкин В. Н., Исаев А. И. Конструктивные и технологические параметры пневмоударника для разделки негабарита // Обогащение руд. — 2019. — № 2. — С. 3—7. DOI: 10.17580/or.2019.02.01.

3. Rempel D., Antonucci A., Barr A., Cooper M. R., Martin B., Neitzel R. L. Pneumatic rock drill vs. electric rotary hammer drill: Productivity, vibration, dust, and noise when drilling 199 into concrete // Applied Ergonomics. 2019, vol. 74, pp. 31—36. DOI: 10.1016/j. apergo.2018.08.005.

4. Aldannawy H., Rouabhi A., Gerbaud L. Percussive drilling: Experimental and numerical investigations // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022, vol. 55, no. 3, pp. 1555—1570. DOI: 10.1007/s00603-021-02707-5.

5. Едыгенов Е. К. Перспективы развития механических методов безвзрывного разрушения горных пород // Комплексное использование минерального сырья. — 2018. — № 4(307). — С. 6—10. DOI: 10.31643/2018/6445.24.

6. Дмитрак Ю. В., Атрушкевич В. А., Кубрин С. С., Адамова Л. С. Определение энергии ударных импульсов в процессе измельчения горных пород для мельниц различных типов // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3(53). — С. 468—478. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-468-478.

7. Жабин А. Б., Лавит И. М., Керимов З. Э. Результаты исследований взаимодействия бойка и инструмента при ударном разрушении горных пород // Горное оборудование и электромеханика. — 2021. — № 3(155). — С. 48—53. DOI: 10.26730/1816-4528-2021-3-48-53.

8. Щербаков И. П., Веттегрень В. И., Мамалимов Р. И. Механизм разрушения горных пород под действием ударных волн // Физика Земли. — 2020. — № 5. — С. 23—35. DOI: 10.31857/ S0002333720050099.

9. Gumenyuk V., Dobroborsky B., Gumenyuk O., Krupyshev M. Providing high speed drilling of boreholes with portable pneumatic rock drills in emergency situations // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, vol. 666, no. 1, article 012094. DOI: 10 .1088/1757−899X/666/1/012094.

10. Redelin R. A., Kamanin Y. N., Panichkin A. V. Designing hydraulic impact devices for lowtemperature operation // Journal of Physics. Conference Series. 2021, vol. 2096, no. 1, article 012005. DOI: 10.1088/1742-6596/2096/1/012005.

11. Lupa S. I., Gagnon M., Muntean S., Abdul-Nour G. The impact of water hammer on hydraulic power units // Energies. 2022, vol. 15, no. 4, article 1526. DOI: 10.3390/en15041526.

12. Иванов С. Л., Шешукова Е. И., Недашковская Е. С. Классификация средств разрушения негабарита при ведении открытых горных работ // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. — 2023. — № 19. — С. 138—143. DOI: 10.26160/2658-33052023-19-138-143.

13. Павлов В. Е. Исследование режимов работы длинноходового электромагнитного молота методом компьютерного моделирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2019. — Т. 23. — № 2 (145). — С. 260—270. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-2-260-270.

14. Usanov K. M.,Volgin A. V., Chetverikov E. A., Kargin V. A., Moiseev A. P., Ivanova Z. I. Strike action electromagnetic machine for immersion of rod elements into ground // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017, vol. 87, no. 3, article 032050. DOI: 10.1088/17551315/87/3/032050.

15. Neyman L. A., Neyman V. Y. Complex analysis of electromagnetic machines for vibroimpact technologies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017, vol. 87, no. 3, article 032026. DOI: 10.1088/1755-1315/87/3/032026.

16. Neiman L. A., Neiman V. Y., Shabanov A. S. A simplified calculation of the intermittent periodic operating regime of an electromagnetic impact drive // Russian Electrical Engineering. 2014, vol. 85, no. 12, pp. 757—760. DOI: 10.3103/S1068371214120104.

17. Caseiro L., Caires D., Mendes A. Prototyping power electronics systems with zynq-based boards using Matlab/Simulink a complete methodology // Electronics. 2022, vol. 11, no. 7, article 1130. DOI: 10.3390/electronics11071130.

18. Semenov A., Semenova M., Bebikhov Y., Egorov A., Vasilyev P., Kharitonov Y. Vibrating feeder electromagnetic drive model implemented in MatLab/Simulink / International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS 2021). 2021, pp. 88—92. DOI: 10.1109/ICOECS 52783.2021.9657343.

19. Eremochkin S. Y., Dorokhov D. V. Characteristics research of the semiconductor frequency converter in matlab simulink / XV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE 2021). 2021, pp. 144—149. DOI: 10.1109/APEIE52976. 2021.9647561.

20. Shneen S. W., Aziz G. A. Simulation model of 3-phase pwm rectifier by using MATLAB/ SIMULINK // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2021, vol. 11, no. 5, pp. 3736—3746. DOI: 10.11591/ijece.v11i5.pp3736-3746.

21. Le Roux P. F., Ngwenyama M. K. Static and dynamic simulation of an induction motor using Matlab/Simulink // Energies. 2022, vol. 15, no. 10, article 3564. DOI: 10.3390/en15103564.

22. Нейман Л. А., Нейман В. Ю. Линейные синхронные электромагнитные машины ударного действия. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2021. — 480 с.

23. Nazaruddin N., Siallagan R. Software engineering development of finite element method programming applications in 2D frame structures using python programs // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 2049, no. 1, article 012031. DOI: 10.1088/1742-6596/2049/1/012031.

24. Nikitenko G., Konoplev E., Salpagarov V., Konoplev P., Bobryshev A. Method of calculating magnetic system using finite difference method // Engineering for Rural Development. 2020, no. 19, pp. 1373—1380. DOI: 10.22616/ERDev.2020.19.TF339.