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.
The study is devoted to the development of a comprehensive mathematical model for predicting the wear of working bodies of earthmoving machines when interacting with abrasive soils. The paper presents a multifactorial stochastic model that takes into account the geometric parameters of cutting elements, the physical and mechanical properties of soils and the operating conditions of equipment. A combined approach is applied, including finite element methods, Markov process theory, and regression analysis of experimental data. The empirical base of the study includes the results of field tests of seven types of earthmoving machines in various ground conditions with a total output of 12,400 m3. It was found that the intensity of abrasive wear increases exponentially with an increase in the content of quartz particles measuring 0.1-2.0 mm with a correlation coefficient of 0.847. The developed model demonstrates the accuracy of wear forecasting at the level of 87.3% for the period of operation up to 2000 hours. The mathematical description includes a second-order differential equation relating the wear rate to the contact stresses and abrasiveness of the medium. The practical significance of the work lies in the possibility of optimizing the geometric parameters of the working bodies and predicting the remaining resource with an error of no more than 12%. The research results provide a scientific basis for improving the designs of earthmoving equipment and increasing the efficiency of construction production.