Впервые комплексные исследования процесса взаимодействия ковша со штабелем кускового материала выполнены в 50-х гг. ХХ в. в ИГД СО АН СССР под руководством проф. Г.В. Родионова [34–37, 38–41]. Получены зависимости сопротивлений внедрению от глубины внедрения [38, 39], сопротивлений зачерпыванию от угла поворота [40, 41] и первые математические модели наполнения ковша [38], а также разработана первая методика выбора параметров ковшовых погрузочных машин [37]. Этими исследованиями были продолжены экспериментальные работы Н.В. Тихонова, которые проводились в МГРИ [42], и О.П. Иванова – в НПИ (ныне ЮРГТУ (НПИ)) [43]. В 1962 г. вышла в свет первая обобщающая монография [44].
Необходимо отметить существенный вклад в теорию работы ковшовых погрузчиков и подземных экскаваторов коллектива лаборатории ИГД Казахской АН ССР под руководством д-ра техн. наук С.С. Музгина [45–47]. Им впервые получены закономерности взаимодействия ковша со штабелем крупнокускового материала, обращено внимание на стохастический характер закономерностей, а также на влияние масштабного фактора, то есть соотношение размеров рабочего органа и куска погружаемого материала. Необходимо отметить работы доцента Ю.Ф. Фабричного, выполненные также для анализа процессов взаимодействия ковша с крупнокусковой горной массой [48].
Значительные по объёму и содержанию научно-исследовательские работы в области механизации погрузки горной массы выполнены в научной школе Новочеркасского политехнического института, ныне ЮРГТУ (НПИ) [32, 33, 49–62, 63–65]. Под руководством профессора В.Г. Михайлова, а затем доцентов О.П. Иванова и В.Г. Сильня проведены масштабные теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов ковшовых погрузочных машин и машин с парными нагребающими лапами. Следует отметить работы в области теории взаимодействия ковша со штабелем доцентов О.Д. Гагина, В.Д. Ерейского, в области динамики процессов внедрения и зачерпывания профессора Г.Ш. Хазановича, доцентов С.И. Носенко, В.А. Щербакова.
В диссертационной работе В.Д. Ерейского впервые установлено непосредственное влияние крупности кусков d на формирование зоны предельного напряжённого состояния перед элементами ковша при внедрении и зачерпывании [64]. В математических моделях сопротивлений внедрению и зачерпыванию введены функции влияния эффективного диаметра куска перед рабочей кромкой ковша. Таким образом, положено начало исследованиям влияния случайных факторов на закономерности рабочих процессов.
Вместе с тем, в упоминающихся работах не рассматриваются вопросы формирования законов распределения размеров куска как случайной величины. Поэтому полученные зависимости W = f(d) не позволяют проводить имитационное моделирование процесса погрузки. Требуется разработка специальных адекватных процедур формирования случайной величины D из штабеля, гранулометрический состав которого, в свою очередь, представляет собой некоторое распределение размера куска.
Значительный вклад в теорию работы ковшовых погрузочных машин внесли исследования доцента О.Д. Гагина [52–54]. В этих работах получили обоснование математические модели сопротивлений внедрению для ковшей разнообразных геометрических форм, в том числе с отклонёнными от вертикали боковыми стенками. В последующих работах О.Д. Гагиным были сделаны предположения о стохастическом характере зависимости W= f(s), где s – глубина внедрения элементов ковша. Однако дальнейшего развития эта идея не получила.
Начало изучения работы ковшовых погрузочных машин в динамике положили работы учёных Украины – Б.П. Семко [66, 67], С.А. Полуянского, А.А. Дихтяря, Ю.П. Савицкого, а также учёных НПИ – Г.Ш. Хазановича, С.И. Носенко и В.А. Щербакова [33, 55–57]. Для целей настоящей работы особое значение имеют исследования процессов динамики внедрения и зачерпывания, которые позволяют имитировать на моделях реальный эффект наполнения ковша и производительность машины.
В рассматриваемых работах изучались процессы в детерминированной постановке. Первые предложения о возможности учёта случайных воздействий сформулированы в докторской диссертации Г.Ш. Хазановича [33]. Однако и в этой работе не был сформулирован методический подход, позволяющий рассматривать в динамике случайный процесс погрузки.