Моделирование внутренних напряжений в сталях аустенитного и перлитного класса при износе рабочей части зуба ковша экскаватора

В статье приведены результаты компьютерного моделирования напряженно-деформационного состояния зубьев ковша экскаватора после эксплуатации и металлографических исследований натурных образцов, изготовленных из сталей марок 110Г13Л и термически обработанной 30ХГСА. Установлено, что в поверхностном слое этих сталей при износе образуется наноразмерная структура на глубину порядка 0,2 мм от рабочей поверхности. Исследования поля напряжений, достигающих уровня предела текучести материала зуба, показали необходимость учета изменений структурного состояния металла, склонного к деформационному упрочнению, для адекватного конечно-элементного анализа при моделировании с определением размеров и глубины зон, испытывающих критические нагрузки.

1. Лебедев Д. И., Федоров М. В., Голиков Н. И., Тихонов Р. П., Винокуров Г. Г. Натурные испытания служебных характеристик наплавленной коронки рыхлителя бульдозера Komatsu D375A // Наука и образование. – 2016. – № 2. – С. 81–87.

2. Йулдашев Ш. Х. Теоретические основы восстановления зубьев ковшей экскаваторов // Universum: технические науки. – 2023. – № 11 (116). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16230 (дата обращения 15.05.2026)

3. Дэлэг Д., Ванчинжав С., Пурэвдорж Н. Исследование самозатачивания зуба ковша экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2008. – № 1. – С. 402–416.

4. Тепляшин М. В., Комков В. Г., Стариенко В. А. Теоретические исследования методов восстановления рабочих органов с использованием электрошлаковой технологии // Ученые заметки ТОГУ. – 2013. – Т. 4, № 4. – С. 1537–1542.

5. Федотенко Ю. А., Реброва И. А., Булаева Д. В. Экспериментальные исследования режущих элементов рабочего органа подкапывающей машины // Вестник СибАДИ. – 2014. – № 1 (35). – С. 38–42.

6. Dong Zh., Jiang F., Tan Y., Wang F., Ma R., Liu J. Review of the Modeling Methods of Bucket Tooth Wear for Construction Machinery // Lubricants. – 2023. – № 11 (6). – P. 253–272.

7. Овсянников В. Е. К вопросу применимости расчетного метода оценки сопротивления износу деталей после термодиффузионного упрочнения // Вестник СибАДИ. – 2018. – № 3 (61). – С. 412–420.

8. Болобов В. И. Влияние формы зубьев ковша на энергию, затрачиваемую экскаватором при работе по крупнокусковым горным породам // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2022. – № 17–1. – С. 179–185.

9. Болобов В. И., Ахмеров Э. В., Ракитин И. В. Влияние вида горной породы на закономерности изнашивания коронки зуба ковша экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 6–2. – С. 189–204.

10. Крыжевич Г. Б., Филатов А. Р. Комплексный подход к топологической и параметрической оптимизации судовых конструкций // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2020. – № 1 (391). – С. 95–108.

11. Французов А. А., Шаповалов Я. И., Вдовин Д. С. Применение метода топологической оптимизации в задачах проектирования грузоподъемной техники // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2017. – № 2 (42). – С. 99–108.

12. Левин В. А., Зингерман К. М., Вершинин А. В., Васильев П. А. Топологическая оптимизация элементов конструкций с учетом структурной неоднородности материала с использованием градиентного метода // Чебышевcкий сборник. – 2022. – Т. 23. – Вып. 4. – С. 308–326.

13. Kalkat M., Bahadır M., Yılmaz F. The determination of the working life of backhoe-loader bucket teeth showing abrasive wear under the effect of dynamic loads // J. Eng. Sci. – 2023. – № 12 (4). – Р. 1499-1507. DOI: 10.28948/ngumuh.1324598

14. Громыка Д. С., Гоголинский К. В., Кремчеев Э. А. Моделирование термической усталости зуба при циклическом тепловом воздействии // Горное оборудование и электромеханика. – 2021. – № 2. – С. 23–29.

15. Попов Д. А., Патюков С. С. Особенности условий эксплуатации рабочих органов строительно-дорожных машин и факторы, влияющие на их ресурс // Воронежский научно-технический вестник. – 2015. – № 1 (11). – С. 85–95.

16. Громыка Д. С., Гоголинский К. В. Методика диагностирования состояния и оценки остаточного ресурса коронок зубьев ковшей экскаваторов // Дефектоскопия. – 2022. – № 5. – С. 51–60.

17. Звонарев И. Е., Иванов С. Л., Шишлянников Д. И., Фокин А. С. Исследования поверхностной твердости металла в областях поверхностного износа и разрушения деталей горных машин // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2014. – № 11. – С. 67–76.

18. Буцукин В. В., Ширяев А. В. Исследование механических характеристик закаленной валковой стали 90ХФ // Сварочное производство. – 2025. – № 1. – С. 56–59.

19. Иванов А. В., Петров Д. Н., Сидоров К. Л. Повышение износостойкости зубьев экскаваторных ковшей путем локального упрочнения // Цветные металлы. – 2018. – № 7. – С. 67–72.