Исследование процессов абразивного изнашивания футеровочных бандажей валковых дробящих агрегатов и методов повышения их износостойкости

Изложены результаты исследования абразивного изнашивания цилиндрических футеровочных бандажей валковых дробилок, являющегося основным фактором снижения эксплуатационного ресурса последних. На основе анализа механизмов изнашивания бандажей футеровок (микропластическая деформация, усталостное разрушение, режущий износ и т.д.) разработана математическая модель, базирующаяся на формуле Арчарда и методике Крагельского и учитывающая параметры контактного давления, скорость скольжения и твердость материала. Экспериментальные данные, полученные при исследовании изношенных и эталонных образцов валков, выявили увеличение твердости (на 33% по HV0) и микротвердости (на 24% по HV0,) материала изношенных поверхностей, что связано с эффектом наклепа. Для снижения процесса изнашивания предложены следующие технологические решения: плазменное напыление карбида вольфрама (WC) и нитрида титана (TiN), повышающее износостойкость материала, а также применение сегментированных футеровочных бандажей, оптимизирующих распределение возникающей нагрузки. Результаты исследований показали, что применение двухслойного плазменного напыления снижает износ на 46% по сравнению с эталонными образцами. Использование 3D-сканирования с учетом результатов математического моделирования позволило выявить зоны максимального износа футеровочных бандажей и прогнозировать срок их службы. Комбинация материалов с улучшенными свойствами и рациональной геометрией бандажей футеровок значительно сокращает эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования, позволяет оптимизировать режимы эксплуатации, что приводит к увеличению срока его службы.

Господариков А. П., Ефимов Д. А. Исследование процессов абразивного изнашивания футеровочных бандажей валковых дробящих агрегатов и методов повышения их износостойкости // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 2. – С. 5–27. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_2_0_5.

Господариков Александр Петрович¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: kafmatem@spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-1018-6841,
Ефимов Денис Александрович¹ — аспирант, e-mail: s225065@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0009-0005-4416-6875,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Ефимов Д.А., e-mail: s225065@stud.spmi.ru.

1. Ефимов Д. А., Господариков А. П. Технико-технологические аспекты использования валков с профилем в форме треугольника Рело в дробящих агрегатах на рудоподготовительном переделе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10-2. — C. 117—126. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_102_0_117.

2. Матвеев А. И., Лебедев И. Ф., Винокуров В. Р., Львов Е. С. Научно-экспериментальные основы сухого обогащения руд полезных ископаемых // Записки Горного института. — 2022. — T. 256. — C. 613—622. DOI: 10.31897/PM1.2022.90.

3. Дворников Л. Т., Макаров А. В., Комилов Д. С. Кинематическое исследование щековой дробилки с двумя подвижными щеками // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2019. — № 2(28). — С. 22—24.

4. Митрофанова Г. В., Черноусенко Е. В., Каменева Ю. С. О флотационной активности реагентов с нитрильной группировкой при флотации медно-никелевых руд // Обогащение руд. — 2022. — № 6. — С. 13—19. DOI: 10.17580/or.2022.06.03.

5. Aleksandrova T., Afanasova A., Nikolaeva N., Romashev A., Aburova V., Prokhorova E. Investigation of the possibility of obtaining high-purity carbon materials and recovering valuable metals from shungite rocks // Minerals. 2025, vol. 15, article 90. DOI: 10.3390/min15010090.

6. Popov O., Talovina I., Lieberwirth H., Duriagina A. Quantitative microstructural analysis and X-ray computed tomography of ores and rocks—Comparison of results // Minerals. 2020, vol. 10, no. 2, article 129. DOI: 10.3390/min10020129.

7. Пелевин А. Е. Технологии обогащения железных руд России и пути повышения их эффективности // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 579—592. DOI: 10.31897/PMI.2022.61.

8. Bazin C., Boulanger J-F. Investigation of the flotation of an ore containing bastnaesite and monazite: Kinetic study and process flowsheet simulation // Minerals. 2024, vol. 14, no. 9, article 906. DOI: 10.3390/min14090906.

9. Шадрунова И. В., Горлова О. Е., Колодежная Е. В., Кутлубаев И. М. Адаптация валковой дробилки к переработке техногенного сырья // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2024. — № 3. — С. 175—191.

10. Кривов Д. А. Механизмы разрушения растительного сырья в валковой дробилке с наборными пластинами в форме РК-профиля // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2024. — № 6(207). — С. 198—205. DOI: 10.36718/1819-4036-2024-6-198-205.

11. Кондрахин В. П., Конюхов В. Ю., Полякова А. С., Моисеева Е. Е., Бойко А. А. Расчет оптимальных параметров валковой дробилки для дробления породы // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 11-1. — С. 88—101. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_111_0_88.

12. Шишкин Е. В., Казаков С. В. Энергоэффективные устройства для дезинтеграции особо прочных материалов // Горный журнал. — 2021. — № 11. — С. 53—59. DOI: 10.17580/gzh.2021.11.07.

13. Власенко Д. А. Аналитический способ определения энергосиловых параметров процесса измельчения в валковых дробилках с рифленой поверхностью бандажей // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. — 2020. — № 63. — С. 93—101.

14. Mukras S. M. S. Computer simulation/prediction of wear in mechanical components // Advances in tribology, 2020. DOI: 10.1155/2020/8867351.

15. Зобова А. А. Обзор моделей распределенного сухого трения // Прикладная математика и механика. — 2016. — Т. 80. — № 2. — С. 194—206. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2016.06.008.

16. Троицкий В. М. Прогноз абразивного износа с помощью математического моделирования // Современные тенденции развития инструментальных систем и металлообрабатывающих комплексов. — 2023. — С. 479—483. 

17. Зоренко Д. А. Современные представления о механизмах изнашивания подвижных элементов узлов трения // Механика. — 2022. — № 15. — С. 22—29.

18. Гордеев Ю. И., Бинчуров А. С., Вакулин М. С., Усевич Н. И., Казаков И. С. Модернизация конструкции рабочих органов валковой дробилки // Решетневские чтения. — 2022. — С. 546—548. 

19. Пожидаев Ю. А., Потапов В. Я., Потапов В. В., Кузнецов А. М., Соколова А. В. Оптимизация амплитудно-частотной характеристики подвижного элемента валковой дробилки / Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Математическое моделирование механических явлений» (памяти доцента Г.Э. Вебера). — Екатеринбург: УГГУ, 2023. — С. 101.

20. Жильцов А. П., Власенко Д. А., Харитоненко А. А., Бочаров А. В., Козенко Н. Е. Анализ и совершенствование конструктивно-технологических параметров дробилок агломерационной шихты и агломерата // Вестник Липецкого государственного технического университета. — 2021. — № 3 (46). — С. 86.

21. Vasilyeva N., Golyshevskaia U., Sniatkova A. Modeling and improving the efficiency of crushing equipment // Symmetry. 2023, vol. 15, no. 7. DOI: 10.3390/sym15071343.

22. Тараховский А. Ю. Трехмерное моделирование объекта на основе данных лазерного 3D-сканирования // Автоматизированное проектирование в машиностроении. — 2023. — № 14. — С. 16.

23. Колубаев А. В., Колубаев Е. А., Дмитриев А. И., Тарасов С. Ю., Чумаевский А. В. Фундаментальные и прикладные аспекты материаловедения в трибологии // Физическая мезомеханика. — 2024. — Т. 27. — № 6. — С. 5—32.

24. Матренин П. В., Степанова А. И. Повышение интерпретируемости моделей прогнозирования электропотребления горнодобывающих предприятий с помощью аддитивного объяснения Шепли // Записки Горного института. — 2025. — Т. 271. — С. 154—167. 

25. Хрущов М. М., Бабичев М. А. Исследования изнашивания металлов. — М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1960. — 351 с.

26. Qiu X., Potapov A., Song M., Nordell L. Prediction of wear of mill lifters using discrete element method / 2001 SAG Conference Proceedings, 2001.

27. Style Wu W., Che H., Hao Q. Research on non-uniform wear of liner in SAG mill // Processes. 2020, vol. 8, article 1543. DOI: 10.3390/pr8121543.

28. Wei T., Zhou Z., Ling X., Lv M., Di Y., Qin K., Zhou Q. A study of the effect of roughness on the three-body wear mechanism from a microscopic point of view: Asperity peak removal // Metals. 2024, vol. 14, article 1385. DOI: 10.3390/met14121385.

29. Florea V. A., Toderaș M., Ciprian D. The influence of roughness of surfaces on wear mechanisms in metal—Rock interactions // Coatings. 2025, vol. 15, no. 2, article 150. DOI: 10.3390/coatings15020150.

30. Мелкумян С. А., Перинская И. В. Оценка перспектив использования метода лазерного термического упрочнения поверхности бандажа валка валковой дробилки / Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых. Сборник научных статей 12-й Международной научно-практической конференции. — Курск, 2022. — С. 274—278.

31. Дружнова Я. С. Развитие методов газотермического напыления упрочняющих покрытий на основе карбидов вольфрама и хрома (обзор) // Труды ВИАМ. — 2022. — № 10 (116). — С. 100—115.

32. Черепанов Д. Е., Бурдаков А. В., Вячеславов Л. Н., Казанцев С. Р., Кандауров И. В., Касатов А. А., Красильников А. В., Попов В. А., Рыжков Г. А., Шошин А. А. Испытания покрытий из карбида бора импульсной тепловой нагрузкой, возможной в диверторной зоне токамака ИТЭР // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. — 2024. — Т. 47. — № 1. — С. 89.

33. Кенесбеков А. Б., Сагдолжина Ж. Б., Рахадилов Б. К. Структура и механо-трибологические свойства нитрида титана, полученного воздушно-плазменным напылением // Функцияны интерполяциялау жолдары. — 2022. — С. 367.

34. Несмачный В. В., Коваленко И. В. Влияние режимов напыления покрытий нитрида титана на качество поверхности при ионно-плазменном нанесении покрытия / EurasiaScience. Сборник статей XLII международной научно-практической конференции. — М., 2021. — С. 72—74.

35. Орлов Д. А., Ковалёв С. В. Совершенствование процесса восстановления валов с применением плазменного напыления / Международная студенческая научно-практическая конференция «Горинские чтения. Инновационные решения для АПК». — Белгород, 2022. — С. 255.

36. Никитенко В. В., Куц Л. Е. Способы упрочнения поверхности рабочих элементов дробилок / Перспективное развитие науки, техники и технологий. Сборник научных статей 12-й Международной научно-практической конференции. — Курск, 2022. — С. 294—298.

37. Господариков А. П., Ефимов Д. А., Кусков В. Б. Патент РФ RU 2 831 453 C1. 09.12.2024. Валковый дробящий агрегат. 2024. Бюл. № 34.