Важнейшее значение для создания имитационной модели процессов работы ППТМ имеют закономерности наполнения ковша. Этим вопросам посвящены работы Г.В. Родионова [33, 36], В.Г. Сильня [50, 51], В.Д. Ерейского [63]. Следует отметить, что процессы наполнения рассматривались для ковшей закрытой конструкции, имеющих две боковые стенки, препятствующие ссыпанию материала. Для ковшей с открытыми боковыми стенками или без них процессы ссыпания являются определяющими. Теория наполнения ковшей такого типа к настоящему времени не разработана, поэтому реальное наполнение ковша и его предельную вместимость определяют по приближённым моделям. Это препятствует разработке имитационных моделей функционирования погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша.
Исследования рабочих процессов погрузочных машин с парными нагребающими лапами нашли отражение в трудах профессоров Я.Б. Кальницкого, Г.Ш. Хазановича, доцентов Е.А. Крисаченко, И.Ф. Рюмина, С.Е. Лоховинина и др. [68–77]. В диссертационной работе Е.А. Крисаченко [71] впервые установлено влияние среднего размера куска на объём сдвигаемого слоя при работе нагребающих лап. Это позволило уточнить математические модели производительности и нагрузок в приводе нагребающих лап. Однако, как и в случае с ковшовыми машинами, методика генерирования среднего размера куска из штабеля известного гранулометрического состава не получила развития. Поэтому моделирование рабочих процессов машин типа ПНБ в динамике оставалось практически неразрешимой задачей.
Впервые имитационное моделирование процесса погрузки машинами с нагребающими лапами выполнено в диссертационной работе С.Е. Лоховинина под руководством и при участии Г.Ш. Хазановича [74–76]. В этих исследованиях доказано влияние так называемого «объёма материала в активной зоне» на формирование разового захвата и момента на валу ведущего диска. Однако наблюдаемый в опытах случайный процесс формирования нагрузок не нашёл отражение в математических моделях. Расчёты объёмов захвата и мгновенных нагрузок выполнялись с использованием детерминистского подхода, при котором средний размер куска горной массы сохранялся неизменным. Таким образом, имитационное моделирование практически сводилось к исследованию поведения системы «погрузочная машина – штабель – система управления» без учёта реальных внешних воздействий, имеющих фактически случайный характер. Это приводило к ошибкам, значение которых оценить не представлялось возможным.
Аналогичная ситуация сложилась и при изучении рабочих процессов специализированных проходческих перегружателей с клиновым тягово-транспортирующим органом [78–82]. Исследования, выполненные на натурных экспериментальных установках, показали, что формирование грузопотока клиновым ТТО носит вероятностный характер. Главным возмущающим воздействием является, как и в случае с машинами типа ПНБ, изменение случайного размера куска. Однако математические модели формирования грузопотока и нагрузок рассматривались также при усреднённом значении крупности горной массы.
Изучению надёжности горных машин посвящены исследования учёных многих научных школ [83, 84]. В настоящее время под руководством ведущих учёных АН РФ сформировано крупное научное направление в машиноведении, устанавливающее взаимосвязи надёжности и эффективности в технике [85]. Однако исследования надёжности шахтных погрузочных и призабойных транспортных машин не получили пока должного развития. Следует отметить лишь научное направление в этой области, которое возглавлял канд. техн. наук С.И. Носенко [86–91, 92]. Под его руководством и при непосредственном участии его учеников О.С. Сапунова [92], В.Г. Черных [87–89] на многих шахтах Российской части Донбасса собраны и обобщены показатели надёжности машин 1ПНБ-2, 2ПНБ-2, ППМ-4, 1ППН-5 и др. Этот материал может быть использован для формирования имитационных моделей функционирования ППТМ. Он содержит функции распределения вероятности безотказной работы погрузочных машин, распределения времени восстановления и необходимые числовые характеристики.
Анализ состояния вопроса выбора рациональных вариантов ППТМ для проведения подготовительных выработок буровзрывным способом показывает, что к настоящему времени методическая база и программно-техническое обеспечение требует существенной доработки. Несмотря на то, что базовые математические модели отдельных рабочих процессов погрузочных и призабойных транспортных машин разработаны, имитационное моделирование рассматриваемой подсистемы с учётом основных взаимосвязей и влияющих факторов практически невозможно. Главными причинами такого положения, на наш взгляд, являются следующие: