Математическое моделирование процессов износа рабочих органов землеройных машин в абразивных грунтах
Ключевые слова:
математическое моделирование, абразивный износ, рабочие органы, землеройные машины, прогнозирование ресурса, контактные напряженияАннотация
Исследование посвящено разработке комплексной математической модели прогнозирования износа рабочих органов землеройных машин при взаимодействии с абразивными грунтами. В работе представлена многофакторная стохастическая модель, учитывающая геометрические параметры режущих элементов, физико-механические свойства грунтов и эксплуатационные режимы оборудования. Применен комбинированный подход, включающий методы конечных элементов, теорию марковских процессов и регрессионный анализ экспериментальных данных. Эмпирическая база исследования включает результаты натурных испытаний семи типов землеройных машин в различных грунтовых условиях с общим объемом выработки 12 400 м³. Установлено, что интенсивность абразивного износа экспоненциально возрастает при увеличении содержания кварцевых частиц размером 0,1-2,0 мм с коэффициентом корреляции 0,847. Разработанная модель демонстрирует точность прогнозирования износа на уровне 87,3% для периода эксплуатации до 2000 моточасов. Математическое описание включает дифференциальное уравнение второго порядка, связывающее скорость изнашивания с контактными напряжениями и абразивностью среды. Практическая значимость работы заключается в возможности оптимизации геометрических параметров рабочих органов и прогнозирования остаточного ресурса с погрешностью не более 12%. Результаты исследования обеспечивают научную основу для совершенствования конструкций землеройной техники и повышения эффективности строительного производства.
Библиографические ссылки
Ветров Ю.А. Сопротивление грунтов резанию. Киев: Изд-во Киевского университета, 1965. 167 с.
Голубева Т.В., Коншин С., Зайцев Ю. Исследование электромагнитной обстановки для организации радиоканала связи системы управления работой землеройных и строительных машин // Мат. 19-й Межд. симпозиума по электрическим аппаратам и технологиям (SIELA). Инженерное дело, физика. (29 мая – 1 июня 2016 г., Бургас). Бургас, 2016. С. 1-4.
Кузнецова В.Н. Развитие научных основ взаимодействия контактной поверхности рабочих органов землеройных машин с мерзлыми грунтами: дисс. ... д-ра техн. наук. Омск: СибАДИ, 2009. 259 с.
Кузняров Е., Кузнярова М. Математическое моделирование силы резания при шлифовании с использованием теории марковских процессов // Procedia manufacturing. 2020. Т. 46. С. 374-381.
Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М.: Машиностроение, 1977. 288 с.
Beigmoradi S., Hajabdollahi H., Ramezani A. Understanding the mechanism of abrasive-based finishing processes using mathematical modeling and numerical simulation // Metals. 2022. Vol. 12. № 8. Article 1328.
Boccafogli A., Busatti G., Gherardi F. Experimental evaluation of cutting dynamic models in soil bin facility // Journal of terramechanics. 1992. Vol. 29. № 1. С. 95-105.
Hemami A., Lipsett M. Review of resistive force models for earthmoving processes // Journal of aerospace engineering. 2001. Vol. 14. № 2. С. 102-111.
Li L., Zhang Y., Cui X. Mechanical behavior and modeling of grinding force: A comparative analysis // Journal of manufacturing processes. 2023. Vol. 102. С. 921-954.
Luengo O., Singh S., Cannon H. Modeling and identification of soil-tool interaction in automated excavation // Proceedings IEEE/RSJ of the Inter. conf. on intelligent robots and systems. 1998. С. 1900-1906.
Meng Q., Guo B., Zhao Q. Modelling of grinding mechanics: A review // Chinese journal of aeronautics. 2022. Vol. 36. № 7. С. 25-39.
Meschke G., Wingender D. Simulation of interaction in mechanized tunneling. Interaction during mechanized tunneling. Cham: Springer, 2023. pp. 45-87.
Singh S. State of the art in automation of earthmoving // Journal of aerospace Engineering. 1997. Vol. 10. № 4. С. 179-188.
Stachurski W., Midera S., Kruszynski B. Mathematical model describing the course of the process of wear of a hob cutter for various methods of cutting fluid // Materials. 2025. Vol. 18. № 1. Article 1328.
Tang S.H., Zhou S., Li X.G. A new evaluation method to quantify the wear failure of irregular cutting tool during shield tunneling in abrasive sandy ground // Tunnelling and underground space technology. 2023. Vol. 131. Article 104785.
Wang X., Liu Q.Y., Zheng Y. A grinding force prediction model with random distribution of abrasive grains: Considering material removal and undeformed chips // International journal of advanced manufacturing technology. 2022. Vol. 120. С. 7219-7233.
Wei M., Sun F., Zhang H. Modelling of abrasive material loss at soil tillage via scratch test with the discrete element method // Biosystems еngineering. 2020. Vol. 195. С. 216-235.
