Дослідження навантаженості ковша облицьованого гумотканними матами при навантаженні сипучих матеріалів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.53.1.2026.359804

Ключові слова:

ківш навантажувача, зносостійке футерування, метод дискретних елементів (DEM), багатотільна динаміка (MBD)

Анотація

Робота присвячена розробці чисельної моделі, яка б досліджувала особливості контактної взаємодії ковша навантажувача із гранульованою гірською породою в процесі його роботи та давала можливість визначати доцільність застосування окремих видів його зносостійкого футерування, зокрема на основі гумотканих матеріалів. За об’єкт дослідження обрано навантажувач, що здійснює навантажувальні роботи з гранульованим вапняком. Стінки ковша навантажувача з переважно нормальним напрямком дії сил контактної взаємодії (задня, верхня та бокові стінки) були захищені дисперсно-армованою гумотканою футеровкою, яка по наявних дослідженнях для м’яких порід має кращі зносостійкі властивості порівняно із сталлю, а також володіє іншими технологічними перевагами. Для реалізації поставленої задачі застосовано поєднання двох сучасних систем інженерного аналізу: метод дискретних елементів (Discrete Element Method), за допомогою якого описувалась контактна взаємодія між гірською породою та ковшом, та метод багато тільної динаміки (Multibody Dynamics), який використано для моделювання динаміки та кінематики переміщення ковша та z-подібного важільного механізму його приводу. Розроблена комплексна модель повністю відтворює основний цикл роботи навантажувача, який включає етапи заглиблення в штабель, переміщення, підняття та розвантаження матеріалу. Гранульований вапняк моделювався у вигляді частинок поліедричної форми (sphere-polyhedron) різних розмірів фракцією 75-100 мм та відповідних фізико-механічних властивостей. У ході чисельного експерименту отримано детальні карти розподілу нормальних та тангенціальних напружень на робочих поверхнях футерування зі зміною часу. Встановлено, що пікові навантаження виникають на етапі максимального заглиблення ковша в насип. Аналіз отриманих даних підтвердив висунуту гіпотезу про те, що обрані для футерування зони сприймають переважно нормальні ударні навантаження, тоді як частка тангенціальних зусиль, що викликають абразивне зрізання гуми, є мінімальною. Це може свідчити про доцільність використання гумотканих композитів в слабо навантажених зонах, де вони можуть реалізувати свій потенціал щодо гасіння вібрацій та ударів без ризику швидкого знощування та негативного впливу на конструкцію навантажувача. Результати дослідження доводять доцільність застосування комбінованих схем футерування для роботи з м'якими породами та демонструють ефективність використання зв'язки DEM-MBD моделювання для проектування та оптимізації конструкцій навісного обладнання кар'єрної техніки

Посилання

  1. SAAB. HARDOX wear plate. Hard and tough. URL: https://www.italautocar.com/ (дата звернення: 25.12.2025).
  2. Atachment Inc. Hardox in my body. URL: https://www.amiattachments.com (дата звернення: 25.12.2025).
  3. Welding Alloys. Integra engineered wear services. URL: https://www.welding-alloys.com (дата звернення: 25.12.2025).
  4. Forech. Composite rubber and ceramic liners. URL: https://www.forech.com (дата звернення: 25.12.2025).
  5. Masso. Composite rubber and ceramic liners. URL: https://www.cqmasso.com (дата звернення: 25.12.2025).
  6. FirstGraphene. Bucket Wear Liner Trial Results Point to a 6x Improvement in Lifespan. URL: https://www.firstgraphene.net/bucket-wear-liner-trial-results-point-to-a-6x-improvement-in-lifespan-2/ (дата звернення: 25.12.2025).
  7. Sare I. R., Mardel J. I., Hill A. J. Wear-resistant me-tallic and elastomeric materials in the mining and mineral processing industries – an over-view. Wear. 2001. Vol. 250, no. 1-12. Pp. 1–10. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1648(01)00622-6.
  8. Rubber Wear: History, Mechanisms, and Perspectives / Xu R., Sheng W., Zhou F., Persson B. N. J. Tribology Letters. 2025. Vol. 73, no. 3. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-025-02025-9.
  9. Persson B. N. J., Xu R., Miyashita N. Rubber wear: Experiment and theory. The Journal of chemical physics. 2025. Vol. 162, no. 7. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0248199.
  10. Nahvi S. M., Shipway P. H., McCartney D. G. Par-ticle motion and modes of wear in the dry sand–rubber wheel abrasion test. Wear. 2009. Vol. 267, no. 11. Pp. 2083–2091. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.08.013.
  11. Muhr A. H., Roberts A. D. Rubber abrasion and wear. Wear. 1992. Vol. 158, no. 1-2. Pp. 213–228. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(92)90040-F.
  12. Friction and wear of Stellite 6B during sliding against rubber compound with varied carbon fiber content / D. Han et al. Polymer Testing. 2022. Vol. 106. Article 107470. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.10747.
  13. Wear property improvement by short carbon fiber as enhancer for rubber compound / Q. He et al. Polymer Testing. 2019. Vol. 77. P. 105879. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.04.026.
  14. Baek D. K., Khonsari M. M. Friction and wear of a rubber coating in fretting. Wear. 2005. Vol. 258, no. 5–6. Pp. 898–905. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.09.075.
  15. Frank B., Kleinert J., Filla R. Optimal control of wheel loader actuators in gravel applications. Automation in Construction. 2018. Vol. 91. Pp. 1–14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.03.005.
  16. Viscosity Reduction and Drag Reduction Performance Analysis of Bionic Excavator Buckets Based on Discrete Element Method / G. Liu et al. Biomimetics. 2024. Vol. 9, no. 11. DOI: https://doi.org/10.3390/biomimetics9110686.
  17. 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. Niğde Ömer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences. 2018. Vol. 7, no. 1. Pp. 331–339. DOI: https://doi.org/10.28948/ngumuh.1324598.
  18. Simulation of front end loader bucket–soil interaction using discrete element method / Nezami E. G., Hashash Y. M. A., Zhao D., Ghaboussi J. International Journal for Numerical and Analyt-ical Methods in Geomechanics. 2007. Vol. 31, no. 9. Pp. 1147–1162. DOI: https://doi.org/10.1002/nag.594.
  19. Optimization of Excavator Bucket Structure by a Coupled Simulation Method / Y. Wang et al. Applied Sciences. 2023. Vol. 13, no. 20. Article 11336. DOI: https://doi.org/10.3390/app132011336.
  20. Full-scale simulation and validation of bucket fill-ing for a mining rope shovel by using a combined rigid FE-DEM granular material model / Svanberg A., Larsson S., Mäki R., Jonsén P. Computational Particle Mechanics. 2021. Vol. 8, no. 4. Pp. 825–843. DOI: https://doi.org/10.1007/s40571-020-00372-z.
  21. Forsström D., Jonsén P. Calibration and validation of a large scale abrasive wear model by coupling DEM-FEM. Engineering Failure Analysis. 2016. Vol. 66. Pp. 274–283. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2016.04.007.
  22. Shape Optimization of an Excavator Bucket with the Help of ANSYS Software / Thombarer A. V., Dudhe S. V., Wankhade S. K., Deshmukh C. G. International Research Journal of Engineering and Technology. 2020. Vol. 08, no. 03. Pp. 378–383.
  23. Digging Performance and Stress Characteristic of the Excavator Bucket / Y. Sun et al. Applied Sciences. 2023. Vol. 13, no. 20. Article 11507. DOI: https://doi.org/10.3390/app132011507.
  24. Komatsu. WA500-8-YardLoader. 2016. URL: https://www.komatsu.com (дата звернення: 25.12.2025).

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-03-26

Як цитувати

Слабий , О., Гриджук , А., Дмитрів, . І., Суглобов , В., & Русаченко , О. (2026). Дослідження навантаженості ковша облицьованого гумотканними матами при навантаженні сипучих матеріалів. Вісник Приазовського Державного Технічного Університету. Серія: Технічні науки, 1(53), 162–169. https://doi.org/10.31498/2225-6733.53.1.2026.359804

Номер

Том 1 № 53 (2026): Вісник ПДТУ. Серія: Технічні науки

Розділ

133 Галузеве машинобудування

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Журнал "Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки" видається під ліцензією СС-BY (Ліцензія «Із зазначенням авторства»).

Дана ліцензія дозволяє поширювати, редагувати, поправляти і брати твір за основу для похідних навіть на комерційній основі із зазначенням авторства. Це найзручніша з усіх пропонованих ліцензій. Рекомендується для максимального поширення і використання неліцензійних матеріалів.

Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди, які стосуються неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.