Комплексная оценка напряженно-деформированного состояния металлоконструкций рабочего оборудования карьерного экскаватора

Опыт эксплуатации и анализ документов службы технического обслуживания и ремонта (ТОиР) показывает, что наиболее часто у экскаваторов ЭКГ-20 трещины образуются в металлоконструкциях рабочего оборудования и, что немаловажно, часто трещины возникают по основному металлу — особенно это касается стрелы экскаватора. Из-за образования и роста трещин значительно сокращается срок службы этого базового узла экскаватора, который в теории должен иметь необходимый запас прочности для обеспечения необходимого уровня надежности машины. В общей доле отказов экскаваторов по причине выхода из строя несущих металлоконструкций на дефекты рабочего оборудования приходится до 70%. Для установления реальных причин образования трещин на металлоконструкциях рабочего оборудования экскаваторов ЭКГ-20 проведена оценка показателей, характеризующих фактическую нагруженность металлоконструкций рабочего оборудования в реальных условиях эксплуатации. Оценено фактическое техническое состояние узлов рабочего оборудования на основе параметров, которые позволяют учесть такие важные составляющие, как усталость, остаточные напряжения и деформации, изменения в микроструктуре металла, которые приобрело оборудование при эксплуатации в условиях циклического нагружения. Выявлены зоны концентрации напряжений и определены их границы. Определены деформации и рассчитаны напряжения, возникающие под действием рабочих нагрузок в различных режимах эксплуатации в зонах концентрации напряжений, металлоконструкций рукояти и стрелы экскаватора. По результатам расчетов произведена выборка максимальных растягивающих и сжимающих напряжений, возникающих в установленных зонах концентрации напряжений. Проведена оценка выявленных зон концентрации напряжений как источников зарождения усталостных повреждений.

Набиуллин Р. Ш. Комплексная оценка напряженно-деформированного состояния металлоконструкций рабочего оборудования карьерного экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12−1. — С. 93—105. DOI: 10. 25018/0236_1493_2023_121_0_93.

Набиуллин Рустем Шафкатович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Горных машин и комплексов», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет», г. Екатеринбург, 620144, ул. Куйбышева, 30, e-mail: nabiullin.r@m.ursmu.ru, ORCID ID: 0000-0001-7519-2156.

1. Шутова М. Н., Евтушенко С. И., Гонтаренко И. В. Определение надежности и категории технического состояния поврежденных металлических конструкций на основе численного эксперимента // Известия вузов: Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2018. — № 4. — С. 98−104. DOI: 10.17213/0321-2653-2018-498−104.

2. Сараев Ю. Н., Безбородов В. П., Гладковский С. В., Голиков Н. И. О повышении надежности металлических конструкций при эксплуатации в условиях низких климатических температур посредством комплексного применения современных методов модифицирования зоны сварного соединения // Сварочное производство. — 2016. — № 9. — С. 3−9.

3. Подэрни Р. Ю., Булес П. Сравнительный анализ гидравлических и механических экскаваторов с прямой лопатой // Горный журнал. — 2015. — № 1. — С. 55–61. DOI: 10.17580/gzh.2015.01.10.

4. Насонов М. Ю., Юнгмейстер Д. А., До Дык Чонг. Оценка долговечности металлоконструкций экскаваторов ЭКГ-10 при наличии трещин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11. — С. 67–79. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2022_11_0_67.

5. Сероштан В. И., Гаах Т. В. Процесс образования трещин в металлоконструкциях грузоподъемных кранов // Известия ТулГУ. — 2016. — № 5. — С. 213–220.

6. Fadeev D., Ivanov S. Features of the walking mechanism of a floating platform autonomous modular complex for the extraction and processing of peat raw materials // Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues. Proceedings of the RussianGerman Raw Materials Dialogue: A Collection of Young Scientists Papers and Discussion, 2019. London: CRC Press / Taylor & Francis Group, 2020, pp. 239–243. DOI: 10.1201/9781003017226−33.

7. Krasnyy V. A., Maksarov V. V., Maksimov D. D. Improving the wear resistance of piston rings of internal combustion engines when using ion-plasma coatings // Key Engineering Materials. 2020, vol. 854, рр. 133–139. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.854.133.

8. Насонов М. Ю., Лыков Ю. В., До Дык Чонг. Исследование ресурса и долговечности металлических конструкций экскаваторов после истечения срока эксплуатации // Уголь. — 2020. — № 2. — С. 13–17. DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-213−17.

9. Manyele S. Investigation of excavator performance factors in an open-pit mine using loading cycle time // Engineering. 2017, vol. 9, pp. 599–624. DOI: 10.4236/eng.2017.97038.

10. Макаров А. П., Шевченко А. Н., Павлов А. М. Определение критической длины трещины в металлоконструкциях карьерных экскаваторов // Вестник ИрГТУ. — 2015. — № 12. — С. 57–63.

11. Никитин И. С., Бураго Н. Г., Никитин А. Д., Якушев В. Л. Определение критической плоскости и оценка усталостной долговечности при различных режимах циклического нагружения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. — 2017. — № 4. — С. 238–252. DOI: 10.15593/ perm. mech/2017.4.15.

12. Горбовец М. А., Ходинев И. А., Рыжков П. В. Оборудование для проведения испытаний на малоцикловую усталость при «жестком» цикле нагружения // Труды ВИАМ. — 2018. — № 9. — С. 51–60. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-9−51−60.

13. Комиссаров А. П., Лагунова Ю. А., Набиуллин Р. Ш., Хорошавин С. А. Цифровая модель процесса экскавации горных пород рабочим оборудованием карьерного экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 4. — С. 156–168. DOI: 10.25018./0236_1493_2022_4_0_156.

14. Комиссаров А. П., Шестаков В. С. Имитационная модель функционирования рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. — 2013. — № 8. — С. 20–24.

15. Kuvshinkin S. U., Zvonarev I. E., Ivanova P. V. Relationship of dynamic properties of mine excavator hoisting mechanism versus design parameters of operating equipment // Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1118, no. 1, pp. 1−5. DOI: 10.1088/1742−6596/ 1118/1/012054.

16. Le Q. H., Jeong Y. M., Nguyen C. T., Yang S. Y. Development of a Virtual Excavator using SimMechanics and SimHydraulic // Journal of Drive and Control. 2013, vol. 10, iss. 1, pp. 29–36. DOI: 10.7839/ksfc.2013.10.1.029.

17. Шибанов Д. А., Иванов С. Л., Емельянов А. А., Пумпур Е. В. Оценка показателей работоспособности карьерных экскаваторов в реальных условиях эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 10. — С. 86−94. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10−0-86−94.

18. Skibin G. M., Shutova M. N., Evtushenko S. I., Chutchenko I. A. Reliability increase of running gears elements of mining traction locomotives using finite-element analysis package // IOP Conference Series: Earth and Environ-mental Science. 2017, vol. 87, no. 2, article 022021. DOI: 10.1088/1755−1315/87/2/022021.

19. Лахова Е. Н. Методика прогнозирования работоспособности критически нагруженных объектов машиностроения: Автореф. дис. … канд. техн. наук. — СПб., 2012. — 18 с.

20. Shibanov D. A., Ivanov S. L., Shishkin P. V. Digital technologies in modeling and design of mining excavators // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1753, no. 1, article 012052. DOI: 10.1088/1742−6596/1753/1/012052.

21. Bolobov V. I., Chupin S. A. About the use of 110G13L steel as a material for the excavator bucket teeth // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 378, no. 1, article 012005. DOI: 10.1088/1755−1315/378/1/012005.

22. Набиуллин Р. Ш., Мальцев В. В. Подбор оборудования для тензометрического сопровождения силовых испытаний // Сборник трудов XX международной научно-технической конференции «Чтения памяти В. Р. Кубачека», проведенной в рамках Уральской горнопромышленной декады. — Екатеринбург: УГГУ, 2022. — С. 56–59.

23. Дубов А. А. Метрологические аспекты в методе магнитной памяти металла // Мир измерений. — 2018. — № 3. — С. 42–45; № 4. — С.16–18.