Становление и развитие научно-педагогической школы

«Горное машиноведение и автоматизация

производственных процессов»

Горное машиноведение – отрасль современной науки, объединяющей комплекс знаний и научных исследований по теории, созданию и эксплуатации горных машин, т. е. машин, предназначенных для разведки, добычи, погрузки, транспортировки полезных ископаемых и обеспечения безопасных условий труда с учетом особенностей горного производства. Горное машиноведение сформировалось в научную дисциплину в конце XVIII в. в Петербургском горном училище, ныне С.-Петербургском государственном горном институте.

В Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) научная школа «Горное машиноведение и автоматизация производственных процессов» возникла в конце 40-х годов XX в. и связана с именем выдающегося ученого доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, заведующего кафедрой «Горные машины и рудничный транспорт» Владимира Гавриловича Михайлова.

родился 13 июля 1899 г. В 1918 году он стал студентом открывшейся в этом же году Московской горной академии (ныне Московский государственный горный университет). С 1924 по 1934 год работал на руководящих должностях на шахтах Донбасса и Кузбасса. В 1934 г. переводят в Томский политехнический институт на должность зав. кафедрой горных машин и рудничного транспорта, где ярко проявились его выдающиеся способности к научно-педагогической работе. В 1942 г. он успешно защитил докторскую диссертацию на тему «Исследование сверления шпуров» и вместе со степенью доктора технических наук получил ученое звание профессора.

В 1941 г. перевелся из Томского в Новочеркасский политехнический институт. В течение 15 лет Владимир Гаврилович бессменно работал заместителем директора института по учебной работе и 27 лет заведовал кафедрой горных машин и рудничного транспорта.

На посту заместителя директора он провел большую работу по восстановлению и развитию института, расширению и улучшению подготовки инженерных кадров, особенно для угольной промышленности, воспитанию молодых ученых, организации научных направлений на кафедрах института, созданию научных лабораторий. Заведуя кафедрой горных машин, по существу создал её заново, вывел в число лучших по оборудованию лабораторий и постановке учебно-методической работы.

Под руководством сложилась и получила всеобщее признание научная школа, пользующаяся заслуженным авторитетом в широких кругах специалистов. Кафедра стала ведущей в разработке проблемы разрушения горных пород сверлением и заняла видное положение в области механизации погрузочных работ при проведении горных выработок. Профессор является автором 295 научных работ. Его книга «Горный инструмент» была издана в ряде стран.

В 1969 г. за выдающиеся заслуги в области развития горной науки и техники, в подготовке научных и инженерных кадров ему было присвоено почетное звание «Заслуженный деятель науки и техники РСФСР».

В последующие годы формирование научной школы происходило при активном участии крупных ученых – заведующего кафедрой «Электрификация и автоматизация горных работ» доктора технических наук, профессора Бориса Сергеевича Беловидова (заведовал кафедрой с 1948 г. по 1970 г.) и заведующего кафедрой «Подъемно-транспортные машины» доктора технических наук, профессора Георгия Порфирьевича Ксюнина (заведовал кафедрой с 1961 г. по 1984 г.).

Развитие и становление научной школы «Горное машиноведение и автоматизация производственных процессов» в ЮРГТУ (НПИ) происходило в течение большого исторического периода – более 65 лет. За эти годы в рамках научной школы возникли крупные научные направления, во главе которых стояли ученые, известные своими исследованиями в России и за рубежом. Необходимо отметить, что за эти годы значительно расширился круг решаемых научных и прикладных проблем горного машиностроения.

В настоящее время руководителем научной школы является крупный ученый, доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ, академик МАН ВШ Григорий Михайлович Водяник, возглавлявший кафедру «Горная механика» более 20 лет и создавший в ЮРГТУ (НПИ) кафедру «Гидропневмоавтоматика и гидропривод». Наряду с руководством научной школой возглавляет ряд созданных им в период с 1965 г. и по настоящее время научных направлений по актуальным проблемам горного машиноведения: «Теоретические основы создания и применения электромашинных и гидромашинных дифференциалов в регулируемом приводе горных машин», «Математическое моделирование рабочих процессов в сложных сетевых системах: проветривание шахт; водоснабжение городов; гидросистемы машин», «Создание нового типа привода – мышц для роботов, горных, строительно-дорожных и подъемно-транспортных машин» (соисполнители , , О. Душенко, ).

защитил в 1974 году докторскую диссертацию «Электромашинные и гидромашинные дифференциалы в регулируемом приводе горных машин (теория и расчет)». В диссертации разработаны теория и методы расчета электромеханического и гидромеханического приводов с двумя степенями свободы для горных машин различного технологического назначения с целью обеспечения быстрой реакции на нагрузку и большого диапазона саморегулирования, автоматического отвода назад исполнительного органа в аварийных ситуациях без инверсии электрических и гидравлических машин. ВАК признал, что выполненная диссертационная работа открывает новое научное направление. В работе впервые гидродинамические характеристики турбомашин описаны уравнениями механических характеристик электрических машин переменного тока в дуальной системе аналогий электрических и гидравлических величин. Это позволило объединить теорию и метод расчета регулируемого привода горных машин с электромашинными и гидромашинными дифференциалами и расширить континуум этих передач.

С именем профессора связано создание адаптивных электрических машин переменного тока для приводов вентиляторов встречного вращения, угольных комбайнов для выемки тонких пластов, многоступенчатых насосов с электромагнитной компенсацией осевых сил, тепловых нагревателей для поддержания в жидком состоянии и откачке легко твердеющих материалов при перевозке в железнодорожных цистернах.

В исследованиях этого направления принимали участие , , , , , , .

В начальный период получило развитие крупное научное направление в области теории и практики создания режущего инструмента для проходческих и добычных машин. Основателем и руководителем этого направления был сам профессор . В последующие годы направление возглавляли его ученики - видные ученые профессора, доктора технических наук и . Значительный вклад в развитие работ этого научного направления внесли , , , ,

Необходимость решения проблем повышения эффективности горнопроходческих работ на шахтах Донбасса привела к созданию в рамках кафедры «Горные машины и рудничный транспорт» научного направления в области теоретических основ рабочих процессов и совершенствования конструкций шахтных погрузочных, призабойных транспортных машин и проходческих комплексов. Руководителями этого направления в разные годы были ученики профессора доценты, кандидаты технических наук , В. Г Сильня, и доктор технических наук, профессор .

Под руководством профессора возникло и получило развитие известное далеко за пределами ЮРГТУ (НПИ) научное направление в области теории расчета и методов улучшения качества стальных канатов с учетом различия геометрических параметров и разбега механических свойств винтовых элементов. В настоящее время руководителем этого научного направления является его ученик, профессор, доктор технических наук .

Под руководством профессора , а затем и его ученика крупнейшего ученого, доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники PCФCР, академика МАН ВШ Витольда Трофимовича Загороднюка в ЮРГТУ (НПИ) возникли и успешно развиваются научные направления «Автоматизация производственных процессов в топливных отраслях» и «Теория создания робототехнических и мехатронных комплексов для горных и строительных работ». Руководителями этих направлений в настоящее время являются ученики - профессора, доктора технических наук и .

За годы функционирования научной школы «Горное машиноведение и автоматизация производственных процессов» возникли «дочерние» научные направления, созданные как необходимость решения новых актуальных проблем конструирования и эксплуатации горных и подъемно-транспортных машин на базе ранее выполненных фундаментальных исследований. Среди них необходимо отметить:

«Борьба с шумом и вибрациями горных машин и диагностика их состояния по шумовым и вибрационным характеристикам». Руководителем направления является ученик профессора - профессор, доктор технических наук .

«Методологические основы оценки, прогнозирования и управления промышленной безопасностью подъемных сооружений». Это направление возглавляет ученик профессора - доктор технических наук .

«Индифферентные механизмы в приводах горных, подъемно-транпортных и строительно-дорожных машин». Руководитель – ученик профессора доктор технических наук, профессор .

За годы существования научной школы «Горное машиноведение и автоматизация производственных процессов» получены фундаментальные результаты научных исследований в различных направлениях. Созданы многочисленные образцы горных инструментов; горные машины и их отдельные узлы различного технологического назначения с новыми принципами действия; принципиально новые системы автоматического и мехатронного управления; методы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горных машин; методы математического и компьютерного моделирования рабочих процессов горных, строительных и подъемно-транспортных машин.

В области разработки теоретических основ и экспериментальный практической базы для создания рабочих инструментов проходческих и добычных машин получены следующие результаты:

- разработаны научные основы выбора параметров буровых инструментов и созданы эффективные конструкции резцов и коронок для бурения шпуров и скважин (авторы: , ,

ёв, , , , );

- разработаны научные основы выбора параметров рабочих инструментов очистных и проходческих машин, созданы эффективные конструкции резцов и шарошек (авторы: , ,

, , -Мельников,

, );

- научно обоснованы и созданы уникальные стенды и методы для исследований механического способа разрушения горных пород резцами и шарошками, испытаний инструментов на прочность и износостойкость (авторы: , ,

, , );

- разработаны математические модели функционирования и надежности режущих инструментов очистных и проходческих машин и программы для ПЭВМ как основа САПР режущих инструментов горных машин (авторы: , , С. Г Мирный.)

Достижению этих результатов способствовала организация на кафедре горных машин и рудничного транспорта лаборатории сверления и погрузки крепких пород Минуглепрома СССР.

В области создания теоретических основ рабочих процессов и совершенствования конструкций шахтных погрузочных, призабойных транспортных машин и проходческих комплексов получены следующие научные и практические результаты:

– теоретическая база рабочих процессов шахтных погрузочных машин ковшового типа, с парными нагребающими лапами и клиновыми погрузочными элементами (, , , );

– уклонный вариант погрузочной машины ППН-2, ковш новой формы для машин 1ППМ-5Э (, , );

– комплекс рекомендаций по расчету и снижению динамических нагрузок в трансмиссиях, повышению надежности и ремонтопригодности машин 1ПНБ2, ППМ4Э и комбайна ГПК (, , ),

– методы выбора оптимальных параметров шахтных погрузочных машин по техническим и экономическим критериям, разработанные на основе методологии исследования операций и элементах системного анализа ( , , );

– типажный ряд машин с боковой разгрузкой ковша (, );

– система регулируемого привода погрузочных машин с нагребающими лапами, регуляторов прерывистой подачи к машине 1ПНБ2Д (, , );

– новые погрузочно-транспортные модули с клиновыми исполнительными элементами и экспериментальные образцы машин на их основе, предназначенные как для самостоятельного использования, так и для встраивания в горнопроходческие машины, комплексы и агрегаты (, , , ).

В области теории расчета, методов улучшения качества стальных канатов с учетом различия геометрических параметров и разбега механических свойств винтовых элементов и их практической реализации были разработаны:

– метод расчета шахтных подъемных канатов на долговечность, позволяющий определять наработку канатов с учетом глубины шахты, концевой нагрузки, динамики подъема интенсивности подъема, механических свойств канатной проволоки (, );

– метод расчета крановых канатов на долговечность (, , );

– метод расчета проходческих канатов, основанный на обеспечении принципа «равнонапряженности» элементов каната при его нагружении (, );

– теория расчета стальных канатов с учетом различия геометрических параметров и механических свойств проволок, позволяющих существенно повысить качество каната при его изготовлении ();

– деформационный метод диагностики стальных канатов на основе контроля деформации кручения канатов (, );

– технологический метод снятия свивочных напряжений в проволоках стальных канатов путем низкого температурного отпуска при формации и рихтовке (, ,);

– технология изготовления несущих канатов закрытой конструкции ();

– основы создания адаптивных натяжных устройств канатовьющих машин для изготовления канатов ();

– конструкция канатного дефтоскопа, внедренная на Конатопском механическом заводе (); конструкции дефектоскопа для контроля каната (, , );

– технология изготовления стальных трехграннопрядных и круглопрядных канатов в нераскручивающемся исполнении (, );

– технология изготовления канатов с равномерным натяжением прядей (, , );

– технология изготовления некрутящихся овальнопрядных канатов на Орловском сталепроволочном канатном заводе ();

– нормы браковки канатов двойной свивки, вошедшие в «Правила устройства безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (, , );

– нормы браковки стальных канатов для подвесных канатных дорог, вошедшие в правила устройства безопасной эксплуатации пассажирских буксировочных и подвесных канатных дорог (, , );

– метод браковки крановых канатов (, , ).

В области автоматизация производственных процессов в топливных отраслях и создания робототехнических и мехатронных комплексов для горных и строительных работ:

– системы автоматизации электровозного транспорта на подземных и открытых работах; создана первая в отечественной практике система радиоуправления промышленными электровозами (, , );

– первые отечественные подземные робототехнические комплексы с лазерными системами управления, системы программного управления манипуляторами с оптимальной программой обхода шпуров; система автоматического регулирования нагрузки рабочего органа бурильной машины вращательного действия (, , );

– системы автоматического контроля положения и управления движением горнопроходческих комплексов (, , );

– робототехнический комплекс для строительства трубопроводов большого диаметра, включающий систему автоматизированного управления трубоукладочным комплексом при строительстве и капитальном ремонте газонефтепроводов большого диаметра (, );

– система диагностирования и прогнозирования технического состояния горного технологического оборудования, использующая нечеткую экспертную модель и нейро-нечеткую модель диагностирования (, );

- принципы построения мехатронных и робототехнических комплексов для монолитного строительства и их структурной организации (, , ).

В рамках научного направления «Борьба с шумом и вибрациями горных машин и диагностика их состояния по шумовым и вибрационным характеристикам» наряду с разработкой теоретических основ причин возникновения высокочастотных колебаний на рабочих местах, в деталях и узлах горных машин и методов борьбы с ними получены следующие основные практические результаты (авторы , , ):

– разработаны методические руководства по оценке шумовой обстановки на рабочих местах угольных шахт и расчету ожидаемых уровней звукового давления на рабочих местах в горных выработках, помещениях и на территории шахтной поверхности;

– разработаны мероприятия по улучшению условий труда шахтеров по факторам шума и вибраций;

– создан отраслевой руководящий материал для Минуглепрома СССР «Машины горные. Методика установления значений шумовых и вибрационных характеристик»;

– разработан атлас шумов очистных забоев со струговой выемкой угля;

– разработаны диагностические комплексы для оценки шумовой обстановки на рабочих местах.

В последние годы активно развиваются научные исследования и их практическая реализация в научном направлении «Методологические основы оценки, прогнозирования и управления промышленной безопасностью подъемных сооружений». В рамках этого направления с 1996 года действует научно-исследовательский институт промышленной и экологической безопасности, созданный по инициативе профессора, доктора технических наук . Разработаны методологические основы оценки, прогнозирования и управления промышленной безопасностью, основанные на лицензировании, сертификации, страховании, идентификации, декларировании и экспертизе, которые нашли отражение в Федеральном Законе РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», ряде концепций, регламентов (правил) и нормативных документов Ростехнадзора. Список нормативных документов, утвержденных Госгортехнадзором России, включает 12 наименований. Проводится широкий спектр работ по экспертизе промышленной безопасности опасных производственных объектов в горной промышленности, строительстве, при эксплуатации грузоподъемных кранов, подвесных канатных дорог, сосудов, находящихся под давлением.

В научных исследованиях этого направления и практической реализации результатов участвовали: , , , .

Индифферентные механизмы в приводах горных, подъемно-транпортных и строительно-дорожных машин – это принципиально новые механизмы, имеющие напряженные замкнутые контуры, позволяющие существенно снизить затраты энергии в машинах различного назначения при выполнении технологических процессов или реализовать на торможение объекта его кинетическую энергию. Теория индифферентных механизмов разработана в трудах профессора, доктора технических наук . Работы по созданию энергосберегающих тормозных систем, имеющих в своей структуре индифферентные механизмы, велись с середины 70-х годов (, В. Д Ерейский, В, Г. Полежаев, ). За этот период успешно прошли испытания и внедрены опытные образцы шахтных вагонеток, оборудованных энергосберегающими тормозами; созданы энергонакопительные тормозные системы механизмов передвижения мостовых кранов и поворотных платформ экскаваторов; разработаны методы синтеза индифферентных механизмов применительно к дробильно-измельчающим машинам. Внедрена зубчатая и цевочная мельница с индифферентной структурой исполнительного органа на известковый завод» и (г. Новочеркасск).

В последние годы получило развитие научное направление «Исследование транспортных средств на воздушной пленке». Большой научный вклад в развитие этого направления внесли кандидаты технических наук , , инженеры , , . Ими разработаны и созданы: тренажерные комплексы для подготовки персонала к выполнению работ в условиях невесомости; стенды наземной отработки космической техники с имитацией невесомости; системы подвижности тренажеров для имитации ситуационных изменений акселерационных воздействий на операторов транспортных средств; транспортные средства на воздушной подушке широкого профиля; технологические, транспортно-монтажные системы обслуживания и подготовки к пуску военной и космической техники в условиях чистовых помещений; энергосберегающие приводы транспортных систем; специальные устройства компенсации сил трения.

Научная школа «Горное машиноведение и автоматизация производственных процессов» признана в стране и за рубежом. На базе научной школы в настоящее время работает совет по защитам докторских диссертаций по горным, подъемно-транспортным машинам, роботам и робототехническим системам. Открыта докторантура по этим специальностям. Возглавляет совет известный ученый профессор .

В рамках научной школы приказом Министра угольной промышленности СССР были созданы две отраслевые лаборатории: сверления и погрузки крепких пород; по подавлению шума горных машин на подземных предприятиях. Этому способствовали связи научной школы с институтами ННЦ ГП-ИГД им. , ИГМ им. , Донгипроуглемашем, МакНИИ, ДонУГИ, ЦНИИПодземмашем, ШахтНИУИ, НИИ «Стройдормаш», ЦАГИ, заводами горного машиностроения, автоматизации в угольной промышленности.

В течение 20 лет на базе научной школы проводится научный семинар по подготовке научных кадров высшей квалификации (докторов наук) специальности 05.05.06 «Горные машины». Рекомендации семинара имеют решающее значение при рассмотрении докторских диссертаций соискателей на диссертационных советах.

На базе научной школы систематически проводятся международные научно-технические конференции. В 1998 г. была проведена первая международная научно-техническая конференция «Новые технологии управления движением технических объектов». Материалы каждой конференции публикуются в трех томах. В работе таких конференций, проходящих ежегодно, принимают участие ученые Америки, Германии, Польши, Китая.

Образцы новых горных машин, лазерные устройства управления движением горных машин, новые исполнительные органы погрузочных машин с гидравлическим приводом, новые транспортные устройства на воздушных пленках, новый режущий инструмент для горных машин демонстрировались на ВДНХ и на многих международных выставках. Например, лазерные системы управления горными машинами демонстрировались на выставках в США, Канаде, Италии, Финляндии, ФРГ. Транспортные устройства на воздушной пленке демонстрировались в Финляндии (1984 г.), Греции (1985 г.), Болгарии (1985 г.), Канаде (1986 г.), ФРГ (1987 г.). Разработки ученых научной школы награждены 7 золотыми, 12 серебряными и 25 бронзовыми медалями ВДНХ. Новизна и полезность новых разработок подтверждается более 350 авторскими свидетельствами и 22 патентами. Более 30 лет серийно выпускаются Краснолучским заводом буровые резцы РП-42, РП-43. Кузнецким машиностроительным заводом серийно выпускается резец 1РО-100 для угледобывающих комбайнов. Установочными партиями выпускались разработанные в НПИ бурильные машины БМВА-1, погрузочные машины с новым рабочим органом.

Научной школой «Горное машиноведение и автоматизация производственных процессов» за время ее существования подготовлено 30 докторов технических наук: , , , , , , , . Присуждены ученые звания профессора без ученой степени доктора наук , . Подготовлено более 150 кандидатов технических наук.

Учеными научной школы изданы через центральные издательства следующие учебники:

Расчет и конструирование горных транспортных машин и комплексов: Учеб. для вузов / Под общ. ред. проф. , , . Гл. XI, XIV. – М.: Недра, 1975. – С. 359-427.

Евневич машины и комплексы: Учеб. для вузов / , . Гл. XV. – М.: Недра, 1975. – С. 277-360.

, Черкассов и транспортные машины. – М.: Машиностроение, 1977. – 358 с.

, , Серлин краны. – М.: Машиностроение, 1985. – 385 с.

Проектирование и конструирование транспортных машин и комплексов: Учеб. для вузов / Под ред. ; ; п. 4.4; 5.3–6.3; гл. 14;15;16. – М.:Недра, 1986. –С. 34–38, 65–86, 114–121, 298–360.

Изданы 23 монографии, в том числе:

Михайлов инструмент. – М.:Углетехиздат, 1950. – 219 с. (переведена на иностранные языки в Румынии, Венгрии, Китае).

, , Сысоев инструменты. 3-е изд. – М.: Недра, 1990. – 256 с.

, Рылев бурильные машины вращательного действия. – Киев: Техника, 1979. – 126 с.

и др. Защита от шума и вибрации на предприятиях угольной промышленности: Справ. пособие / Под ред. . – М.: Недра, 1990. – 368 с.

, Паршин робототехника. – М: Стройиздат, 1990. – 269 с. (переведена на английский язык).

, и др. Правила устройства и безопасности грузоподъемных кранов. – М.: Металлургиздат, 1992. – 286 с.

Дровников структуры механизмов и машин. – Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та, 1984. – 127 с.

Стрельцов Чебышева и Лежандра на непрерывном и дискретном множестве точек / Новочерк. политехн. ин-т. – Новочеркасск: НПИ, 1990. – 210 с.

Водяник моделирование технологических машин / Новочерк. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: НГТУ, 1994. – 256 с.

, , Воронова погрузочно-транспортные модули и подсистемы угольных шахт на основе клиновых гидрофицированных исполнительных органов / Шахтинский ин-т ЮРГТУ. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. – 252 с.

, Мирный теории функционирования бурильных машин вращательного действия: учебн. Пособие / Юж.-Рос. гос. тех. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 20с.

, Носенко машины с гидравлическим приводом /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. –205 с.

Словарь терминов и определений по подъемным сооружениям / Под ред. . – Екатеринбург: ЗАЛ «Уральский экспертный центр», 2004. – 286 с.

, , Носенко для крепких сыпучих материалов: Монография. – Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2005. – 141 с.

, Воронова схем и выбор параметров агрегатированных буровзрывных проходческих систем: Монография / Шахтинский институт ЮРГТУ. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. – 144 с.

Техническая диагностика и оценка ресурса грузоподъемных машин / экспертный центр». – Екатеринбург, 2006. – 49 с.

Издано 15 учебных пособий с грифом Министерства образования РФ.

С научными докладами выступили за рубежом ученые: (США, Германия, Польша, Вьетнам), (Польша, Алжир, Тунис, Марокко), (Франция, Германия, Чехословакия), (Германия), (Китай, Югославия, Германия).

За время существования научной школы кафедрами подготовлено более 12000 инженеров.