Исследование напряженно-деформированного состояния лезвия ковша шахтной погрузочно-доставочной машины

Одним из способов повышения эффективности использования шахтных погрузочно-доставочных машин является обоснованное применение противоизносных накладок на лезвие ковша. Целью данного исследования является анализ существующих конструкций противоизносных решений защиты лезвия ковшей шахтных погрузочнодоставочных машин и научное обоснование выбора оптимальной конструкции. В исследовании были использованы 4 модели противоизносных накладок, применяемых на треугольное и трапециевидное лезвие ковша. Для моделирования объектов исследования использовалась система трехмерного проектирования КОМПАС-3D. Расчет коэффициентов запаса прочности, суммарных напряжений и перемещений в лезвии ковша проводился в CAE-системе автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования APM WinMachine. Получено напряженно-деформированное состояние лезвия ковша при внедрении в грунты трех категорий: песчаный; супеси и суглинки; тяжелые суглинки и глины. Проведен анализ использования противоизносных накладок для грунтов с разным удельным сопротивлением резанью. Исследования показали, что при внедрении в тяжелые суглинки и глины для треугольного лезвия ковша эффективно использование комплектов защиты наборными пластинами, для трапециевидного лезвия – защита с широкими зубьями. При внедрении в грунт с низким удельным сопротивлением резанию, такой как песок, достаточно применения защиты лезвия сплошной пластиной.

Засыпкина С. А., Пашко А. Д. Исследование напряженно-деформированного состояния лезвия ковша шахтной погрузочно-доставочной машины // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1-1. – С. 92–105. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2025_11_0_92.

Засыпкина Светлана Александровна¹ — канд. техн. наук, доцент, Уральский государственный горный университет, e-mail: zasypkina.s@m.ursmu.ru, 
Пашко Алексей Дмитриевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: a.pashko@tu-ugmk.com,
¹ Технический университет УГМК.

Засыпкина С.А., e-mail: zasypkina.s@m.ursmu.ru.

1. Shehadeh A., Alshboul O., Tatari O., Alzubaidi M. A., El Sayed Salama A. H. Selection of heavy machinery for earthwork activities: a multi-objective optimization approach using a genetic algorithm // Alexandria Engineering Journal. 2022, vol. 61, no. 10, pp. 7555—7569. DOI: 10.1016/j.aej.2022.01.010.

2. Valtonen K., Keltamäki K., Kuokkala V.-T. High-stress abrasion of wear resistant steels in the cutting edges of loader buckets // Tribology International. 2018, vol. 119, pp. 707—720. DOI: 10.1016/j. triboint.2017.12.013.

3. Mohajeri M. J., Bergh A. J., Jovanova J., Schott D. L. Systematic design optimization of grabs considering bulk cargo variability // Advanced Powder Technology. 2021, vol. 32, no. 5, pp. 1723— 1734. DOI: 10.1016/j.apt.2021.03.027.

4. Sokolski M. Mining machines and earth-moving equipment: problems of design, research and maintenance. Springer International Publishing, 2020, 226 p. DOI: 10.1007/9783-030-25478-0.

5. Guevara J., Arevalo-Ramirez T., Yandun F., Torres-Torriti M., Cheein F. A. Point cloud-based estimation of effective payload volume for earthmoving loaders // Automation in Construction. 2020, vol. 117, article 103207. DOI: 10.1016/j.autcon.2020.103207.

6. Li Xinggao, Yuan Dajun, Jiang Xingqi, Wang Fei Damages and wear of tungsten carbide-tipped rippers of tunneling machines used to cutting large diameter reinforced concrete piles // Engineering Failure Analysis. 2021, vol. 127, article 105533. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105533.

7. Жабко А. В. Теоретические и экспериментальные аспекты пластического деформирования и разрушения горных пород // Известия УГГУ. — 2018. — № 1(49). — С. 68—79. DOI: 10.21440/2307-2091-2018-1-68-79.

8. Крицкий Д. Ю., Тюрин С. И., Ковалева А. А., Гильманшина Т. Р. Влияние структуры марганцовистой стали на эксплуатационные характеристики деталей крупногабаритных литых изделий // Уголь. — 2018. — № 7. — С. 9—13. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-7-9-12.

9. Liu Yi, Dai Feng A review of experimental and theoretical research on the deformation and failure behavior of rocks subjected to cyclic loading // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2021, vol. 13, no. 5, pp. 1203—1230. DOI: 10.1016/j.jrmge.2021.03.012.

10. Gubanov S., Petsyk A., Komissarov A. Simulation of stresses and contact surfaces of disk rolling cutters with the rock when sinking in mixed soils // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 177, article 03008. DOI: 10.1051/e3sconf/202017703008.

11. Mishra A. K., Aryal B. Operational maintenance analysis of actively utilized road construction equipments // Materials Today: Proceedings. 2021, vol. 57, pp. 256—264. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.01.051.

12. Бабокин Г. И., Шпрехер Д. М., Колесников Е. Б. Контроль технического состояния исполнительного органа выемочных машин // Известия вузов. Горный журнал. — 2018. — № 1. — С. 107—114. DOI: 10.21440/0536-1028-2018-1-107-114.

13. Осипов А. Г., Васечкин У. А. Исследование напряжений и деформаций зубьев ковшей землеройных машин // iPolytech Journal. — 2023. — Т. 27. — № 1. — С. 48—60. DOI: 10.21285/18143520-2023-1-48-60.

14. Bolobov V. I., Chupin S. A., Bochkov V. S., Akhmerov E. V., Plaschinskiy V. A. The effect of finely divided martensite of austenitic high manganese steel on the wear resistance of the excavator buckets teeth // Key Engineering Materials. 2020, vol. 854, pp. 3—9. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ KEM.854.3.

15. Pobegailo P., Kritsky D., Suslov N., Gilmanshina T. Development of engineering approach to the assessment of stress raisers in metal structures of dragline excavators // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 177, article 03014. DOI: 10.1051/e3sconf/202017703014.

16. Гадолина И. В., Побегайло П. А., Крицкий Д. Ю., Любиша П. Уточнение инженерной методики оценки скорости износа элементов рабочих органов экскаваторов // Надежность. — 2019. — Т. 19. — № 1 (68). — С. 18—23. DOI: 10.21683/1729-2646-2019-19-118-23.

17. Густов Ю. И., Шукуров Р. У., Воронина Ю. В. Биомеханическое моделирование в землеройной технике // Новые материалы и технологии в машиностроении. — 2008. — № 7. — С. 16—19.

18. Таджиходжаева М. Р., Шермухамедов А. А. Экскаватор с адаптирующимися зубьями ковша при разработке каменистых грунтов / Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы. Сборник докладов XXIII Московской Международной межвузовской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. — М.: МИСИ — МГСУ, 2019. — С. 412—416.

19. Латышев О. Г., Прищепа Д. В. Моделирование трещиноватого породного массива и исследование его напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов // Горный журнал. — 2020. — № 5. — С. 11—14. DOI: 10.17580/gzh.2020.05.01.

20. Побегайло П. А., Крицкий Д. Ю. Развитие инженерного подхода к оценке напряжений в металлоконструкциях экскаваторов-драглайнов / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Сборник трудов XVIII Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека», проведенной в рамках Уральской горнопромышленной декады. — Екатеринбург, 2020. — С. 335—340.

21. Velikanov V. S., Dyorina N. V., Suslov N. M., Luntsova A. I., Rabina E. I. Automation of design for dynamic loading at the designing stage of mining machinery // Journal of Physics: Conference Series. 2019, vol. 1399, no. 3, article 033010. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/3/033010.