Обзор методов оценки механизмов изнашивания исполнительных органов горных машин

Добыча полезных ископаемых повсеместно сопряжена с использованием разнообразных горных машин для выемки, погрузки и транспортирования породы. При длительном использовании техники увеличивается износ основных узлов и исполнительных органов машины. Данная проблема особенно актуальна для выемочно-погрузочных машин, используемых на работах по добыче полезных ископаемых и рекультивации, где наблюдается повышенная интенсивность изнашивания. Вопросы развития процессов изнашивания и оценки остаточного ресурса исполнительных органов выемочно-погрузочных машин хорошо изучен в мировой практике, однако по причине разнообразия климатических, геологических и горнотехнических условий, комплекс которых уникален для каждого месторождения полезных ископаемых, существуют сложности в создании единой модели развития данного процесса. В особенности малоизучен вопрос оценки остаточного ресурса при активном изнашивании в экстремальных условиях высоких температур, а также резком перепаде температуры рабочих органов. Данные условия характерны для угольных и торфяных месторождений, на которых характерно возникновение и развитие процессов эндогенного горения добываемого сырья. В данном обзорном исследовании рассмотрены методы оценки различных механизмов изнашивания и влияние температуры на интенсивность этого процесса, а также возможность определения остаточного ресурса исполнительных органов выемочно-погрузочных машин, работающих в условиях высокотемпературного горного массива.

Громыка Д. С., Утенкова Т. Г., Короткова О. Ю. Обзор методов оценки механизмов изнашивания исполнительных органов горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 2. – С. 75–86. DOI: 10.25018/0236-14932021-2-0-75-86.

Громыка Дмитрий Сергеевич¹ — аспирант, e-mail: poloronta@yandex.ru,
Утенкова Татьяна Геннадьевна¹ — аспирант,
Короткова Ольга Юрьевна¹, аспирант,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Громыка Д.С., e-mail: poloronta@yandex.ru.

1. Grzesik W. Tool wear and damage / Advanced machining processes of metallic materials. 2017, pp. 215–239.

2. Starzhinskii V. E., Soliterman Yu. L., Goman A. M., Osipenko S. A. Forms of damage to gear wheels: Typology and recommendations on prevention // Journal of Friction and Wear. 2008. Vol. 29. No 5. Pp. 340—353.

3. ГОСТ 27674-88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-правовой системы «Техэксперт».

4. Казакова Ю. Д., Вахрушев С. И. Исследование износостойкости рабочих органов строительных и дорожных машин в различных условиях эксплуатации // Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии. — 2016. — № 6. — С. 310—319.

5. Шарифов З. З., Алиев Ч. М., Кулиев А. М. Исследование влияния шероховатости поверхности на износ поверхностного слоя деталей судовых машин и механизмов, обработанных различными методами // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. — 2018. — № 6. — С. 1262—1272.

6. Chaus A. S., Rudnitskii F. I. Influence of cutting conditions of cast-metal cutting tools in their wear and durability: Analysis of cutting conditions of tools // Journal of Friction and Wear. 2007. Vol. 25. No 5. Pp. 416—421.

7. Пилюшина Г. А. Особенности изнашивания рабочих органов строительных и дорожных машин // Новые материалы и технологии в машиностроении. — 2009. — № 10. — С. 80—82.

8. Masloosh K. M., Eyre T. S. Abrasive wear and its application to digger teeth // Tribology International. 1985. Vol. 18. No 5. Pp. 259—266.

9. Bogdanovich P. N. Fatigue wear of materials under dynamic contact loading // Journal of Friction and Wear. 2013. No 34 (5). Pp. 349—357.

10. Bouzakis K.-D., Batsiolas M., Skordaris G., Stergioudi F., Michailidis N. Repetitive impact test near uncoated and coated cutting edges for assessing their fatigue behavior // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2014. No 8. Pp. 63—69.

11. Pauschitz A., Roy M., Franek F. Mechanisms of sliding wear of metals and alloys at elevated temperatures // Tribology International. 2008. Vol. 41. No 7. Pp. 584—602.

12. Rojacz H., Pahr H., Baumgartner S., Varga M. High temperature abrasion resistance of differently welded structural steels // Tribology International. 2017. Vol. 113. Pp. 487–499. DOI: 10.1016/j.triboint.2017.01.039.

13. Талеров М. П., Болобов В. И. Долговечность и виды отказов тангенциальных поворотных резцов // Горный журнал. — 2018. — № 4. — С. 77—81.

14. Kremcheev E.A., Gromyka D. S., Nagornov D. O. Techniques to determine spontaneous ignition of brown coal // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1118. No 1. Pp. 12—21.

15. Паначев И. А. Насосов М. Ю. Антонов К. В. К разработке модели взаимодействия режущей кромки ковша шагающего экскаватора со взорванной горной породой // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2004. — № 2. — С. 37—40.

16. Авдеева Е. С., Кузнецова В. Н. Исследование влияния абразивного изнашивания зуба ковша экскаватора на величину сопротивления копанию грунта // Труды аспирантов и студентов ГОУ «Сибади»: сборник научных статей. Омск, 2011. — С. 3—7.

17. Шкуров Р. У., Рожина М. А., Таджиходжаева М. Р. Влияние величины износа зубьев ковшей экскаваторов на эффективность их использования // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 2011. — № 10. — С. 37—38.

18. Обидов Н., Рузибаев А., Асадова М., Ашуров Ш. Выбор зубьев ковшей одноковшовых экскаваторов зависимости от условий эксплуатации // World Science: Problems and Innovations. Материалы XXVIII международной научно-практической конференции. Пенза: Наука и Просвещение, 2019. — С. 89—92.

19. Bosnjak S. M., Arsić M. A., Gnjatović N., Milenović I. L. J., Arsic D. Failure of the bucket wheel excavator buckets // Engineering Failure Analysis. 2018. No 84. Pp. 247—261.

20. Kumar B., Alam T. Excavator bucket tooth wear analysis // International conference on electrical, electronics, and optimization techniques (ICEEOT). 2016. Pp. 3364—3366. DOI: 10.1109/ICEEOT.2016.7755328.

21. Болобов В. И., Чупин С. А., Бочков В. С., Мишин И. И.Увеличение срока службы породоразрушающих резцов путем повышения износостойкости их державок термомеханической обработкой // Горный журнал. — 2019. — № 5. — С. 67—71.

22. Rusinski E., Hamartkiewicz P., Kowalczyk M., Moczko P. Examination of the causes of a bucket wheel failure in a bucket wheel excavator // Engineering Failure Analysis. 2010. No 17. Pp. 1300—1312.

23. Sarychev V. D., Granovskii A.Yu., Nevskii S. A., Konovalov S. V., Gromov V. E. Wear model of an excavator bucket // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1909. No 1. Pp. 1—4. Article 020186.

24. Yingfrei G., Munoz P., Galloway A. Influence of cutting parameters and tool wear on the surface integrity of cobalt-based Stellite 6 alloy when machined under a dry cutting environment // Journal of Materials Engineering and Performance. 2016. Vol. 26. No 1. Pp. 312—326.

25. Munoz-Escalona P., Díaz N., Cassier Z. Prediction of tool wear mechanisms in face milling AISI 1045 steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 2011. Vol. 21. No 6. Pp. 797—808.

26. Pauschitz A., Roy M., Franek F. Mechanisms of sliding wear of metals and alloys at elevated temperatures // Tribology International. 2008. Vol. 41. No 7. Pp. 584—602.

27. Singh G., Kaur M., Upadhyaya R. Wear and friction behavior of NiCrBSi coatings at elevated temperatures // Journal of Thermal Spray Technology. 2019. No 28. Pp. 1081—1102.

28. Torres H., Varga M., Widder F. J., Cihak U.-Bayr, Viskovic O., Ripoll M. R. Experimental simulation of high temperature sliding contact of hot rolled steel // Tribology International. 2016. Vol. 93. Pp. 745—754. DOI: 10.1016/J.TRIBOINT.2015.01.007.

29. Varga M., Badisch E. Temperature and load influence on in-situ formed layers during high temperature abrasion // Wear. 2017. Vol. 384. Pp. 114—123.

30. Roa J. J., Besharatloo H., Fargas G., Calvo J., Mateo A. Phase transformation under thermal fatigue of high Mn-TWIP steel: Microstructure and mechanical properties // Material Science & Engineering A. 2016. Vol. 677. Pp. 431—437.

31. Farivar H., Novokshanov D., Richter S., Lenz D., Bleck W., Prahl U. Core microstructuredepending bending fatigue behavior and crack growth of a case-hardened steel // Material Science & Engineering A. 2019. Vol. 762. Article 138040. DOI: 10.1016/J.MSEA.2019.138040.

32. Bibik V., Ivushkina N., Arhipova D. Calculation of the intensivity of adhesive-fatigue wear of cutting tools // IOP Conference Series: Material Science and Engineering. 2016. Vol. 142. No 1.

33. Teng Z., Wu H., Boller C., Starke P. A unified fatigue life calculation based on intrinsic thermal dissipation and microplasticity evolution // International Journal of Fatigue. 2020. Vol. 131. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2019.105370.

34. Ya. Qi, Wang B., Li Sh., Ren X., Zhou J., Li Yu., Mo J. Improved quantitative analysis method for evaluating fatigue cracks in thermal fatigue testing // Materials Letters. 2019. Vol. 242. Pp. 115—118.

35. Zhu D., Zhang X., Ding H. Tool wear characteristics in machining of nickel-based superalloys // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2013. No 64. Pp. 60—77.