MINING EQUIPMENT


Original paper

UDC 621.879.3 © N.G. Veryovochkin, A.A. Patsyk, E.D. Kucherenko, D.A. Adigamov, 2025

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol’ – Russian Coal Journal, 2025, № 2, pp. 88-92

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2025-2-88-92

PERFORMING PARAMETRIC OPTIMIZATION OF THE HYDRAULIC SHOVEL BOOM

Authors

N.G. Veryovochkin, A.A. Patsyk, E.D. Kucherenko, D.A. Adigamov

National University of Science and Technology MISIS (NUST MISIS), Moscow, 119049, Russian Federation, e-mail: nikmanver@gmail.com

Authors Information

Veryovochkin N.G. – Postgraduate student, National University of Science and Technology MISIS (NUST MISIS), Moscow, 119049, Russian Federation, e-mail: nikmanver@gmail.com

Patsyk A.A. – Assistant, National University of Science and Technology MISIS (NUST MISIS), Moscow, 119049, Russian Federation, e-mail: alextir97@yandex.ru

Kucherenko E.D. – Assistant, National University of Science and Technology MISIS (NUST MISIS), Moscow, 119049, Russian Federation, e-mail: k.zubikhina@mail.ru

Adigamov D.A. – Postgraduate student, National University of Science and Technology MISIS (NUST MISIS), Moscow, 119049, Russian Federation, e-mail: danil.adigamov@yandex.ru

Abstract

The paper analyzes mechanical specifications of a hydraulic shovel and offers a parametric optimization of its boom design. The stress and strain diagrams versus the safety factor of the load-bearing structure have been obtained by comparing the rational design parameters of the hydraulic shovel’s working attachments and using the finite element method (FEM). The loads and boundary conditions are set in exact conformity with the real operating modes. Values of the shovel boom structural parameters were refined based on the verified finite element analysis to improve its strength properties while reducing the metal intensity by 13%. The results of numerical modeling show that the load-bearing capacity of the boom can be enhanced by selecting more rational geometric shapes and dimensions.

Keywords

Hydraulic shovel, finite element method, static analysis, digital model, parametric optimization, safety factor.

References

  1. Комиссаров А.П., Лагунова Ю.А., Шестаков В.С. Проектирование карьерных экскаваторов. М.: Инновационное машиностроение, 2017. 228 с.

  2. Соловьев С.В., Кузиев Д.А. Исследование жесткостных параметров привода тягового механизма драглайна ЭШ-10/70 // Уголь. 2017. № 1. С. 37-38. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-1-37-38. Solovyov S.V., Kuziev D.А. Dragline ESh-10/70 linkage stiffness parameters study. Ugol’. 2017;(1):37-38. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2017-1-37-38.

  3. Цифровая модель процесса экскавации горных пород рабочим оборудованием карьерного экскаватора / А.П. Комиссаров, Ю.А. Лагунова, Р.Ш. Набиуллин и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2022. № 4. С. 156-168. DOI: org/10.25018/0236-1493-2022-4-0-156-168. Komissarov A.P., Lagunova Yu.A., Nabiullin R.Sh., Khoroshavin S.A. Digital model of the process of rock excavation by working equipment of a quarry excavator. Gornyj informatsionno-analyticheskij byulleten’. 2022;(4):156-168. (In Russ.). DOI: org/10.25018/0236-1493-2022-4-0-156-168.

  4. Кривенко А.Е., Занг К.К. Исследование влияния температурного режима рабочей жидкости гидросистемы на эффективность работы карьерного гидравлического экскаватора // Горный журнал. 2020. №12. С. 78–81. DOI: org/10.17580/gzh.2020.12.18. Krivenko A.E., Zang K.K. Investigation of the influence of the temperature regime of the working hydraulic system fluids on the efficiency of a quarry hydraulic excavator. Gornyj zhurnal. 2020;(12):78-81. (In Russ.). DOI: org/10.17580/gzh.2020.12.18.

  5. Шестаков В.С., Телиман И.В., Безкоровайный П.Г. Исследование нагруженности рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. 2024. № 1 (171). С. 18-23. DOI: 10.26730/1816-4528-2024-1-18-23. Shestakov V.S., Teliman I.V., Bezkorovaynyi P.G. Investigation of the loading of working equipment of a hydraulic excavator. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 20241;(171):18-23. (In Russ.). DOI: 10.26730/1816-4528-2024-1-18-23.

  6. Грнеж Б. Применение стали марки HARDOX в горной промышленности // Горная промышленность. 2008. № 3(79). С. 34-38. Grnezh B. The use of HARDOX steel in the mining industry. Gornaya promyshlennost’. 2008;3(79):34-38. (In Russ.).

  7. Клементьева И.Н., Кузиев Д.А. Выемочно-погрузочный драглайн с ковшом инновационной конструкции // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 7. С. 149-157. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-07-0-149-157. Klementyeva I.N., Kuziev D.A. Extracting-and-loading dragline with innovative design bucket. Gornyj informatsionno-analyticheskij byulleten’. 2019;(7):149-157. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236-1493-2019-07-0-149-157.

  8. Сурина Н.В., Мнацаканян В.У. Система автоматизированного проектирования технологических процессов при ремонте горной техники // Горный журнал. 2019. № 7. С. 90-95. DOI: 10.17580/gzh.2019.07.08. Surina N.V. System of computer-aided design of technological processes in the repair of mining equipment / N.V. Surina, V.U. Mnatsakanyan. Gornyj zhurnal. 2019;(7):90-95. (In Russ.). DOI: 10.17580/gzh.2019.07.08.

  9. Сарычев В.Д., Грановский А.Ю., Невский С.А. Построение математической модели износа внутренних поверхностей ковша экскаватора // Горный журнал. 2019. № 8. С. 70-73. DOI: 10.17580/gzh.2019.08.13. Sarychev V.D., Granovsky A.Yu., Nevsky S.A. Construction of a mathematical model of wear of the inner surfaces of the excavator bucket. Gornyj Zhurnal. 2019;(8):70-73. (In Russ.). DOI: 10.17580/gzh.2019.08.13.

  10. Джураев Р.У., Райханова Г.Е., Губанов С.Г. Совершенствование конструкции режущих элементов ковша карьерных экскаваторов // Горный журнал. 2023. № 3. С. 49-55. DOI: org/10.17580/gzh.2023.03.07. Juraev R.U., Raykhanova G.E., Gubanov S.G. Improving the design of the cutting elements of the bucket of quarry excavators. Gornyj zhurnal. 2023;(3):49-55. (In Russ.). DOI: org/10.17580/gzh.2023.03.07.

  11. Yu Chunlei, Bao Yingchao, Li Qi. Finite element analysis of excavator mechanical behavior and boom structure optimization. Measurement. 2021;(173):108637. DOI: org/10.1016/j.measurement.2020.108637.

  12. Berns K., Proetzsch M., Schmidt D. Simulation and control of an autonomous bucket excavator for landscaping tasks. In Proceedings of the IEEE ICRA, Anchorage, Alaska, USA, May 3-8, 2010, pр. 5108-5113.

  13. Губанов С.Г., Секретов М.В. Анализ производительности и эффективности эксплуатации штрипсовых станков ведущих фирм мира // Научный вестник Московского государственного горного университета. 2011. № 1. С. 3-8. Gubanov S.G., Sekretov M.V. Analysis of productivity and efficiency of operation of strip machines of leading companies in the world. Nauchnyj vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2011;(1):3-8. (In Russ.).

  14. Алгоритм определения максимальной мощности привода подачи карьерного бурового станка / Д.А. Кузиев, И.Ю. Пятова, И.Н. Клементьева и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 1. С. 128-133. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01-0-128-133. Kuziev D.A., Pyatova I.Yu., Klement’eva I.N., Pikhtorinsky D. Algorithm for the determination of maximum feed drive power of drilling rigs in open pit mining. Gornyj informatsionno-analyticheskij byulleten’. 2019;(1):128-133. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01-0-128-133.

  15. Bender F.A., Mitschke M., Braeunl T., Sawodny O. Predictive operator modeling for virtual prototyping of hydraulic excavators. Automation in Construction. 2017;(84):133-145. DOI: org/10.1016/j.autcon.2017.08.008.

For citation

Veryovochkin N.G., Patsyk A.A., Kucherenko E.D., Adigamov D.A. Performing parametric optimization of the hydraulic shovel boom. Ugol’. 2025;(2):88-92. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2025-2-88-92.

Paper Info

  • Received January 9, 2025

  • Reviewed January 17, 2025

  • Accepted January 27, 2025

SPECIAL ISSUE




Hot from the press
Partners

“UGOL'” Journal Edition LLC
Leninsky Prospekt, 2А, office 819 Moscow, 119049, Russian Federation
phone/fax: +7 (499) 237-22-23
E-mail: ugol1925@mail.ru
www.ugolinfo.ru
Copyright © 2026 All Rights Reserved