Авторы: М.С. Мамаева, А.А. Хорешок, Е.Г. Кузин, Ю.С. Удалова

Название статьи: Разработка физико-эмпирической модели налипания грунта на ковш экскаватора

Год: 2026, Номер: 3, Страницы: 105-118

Отрасль знаний: 2.8.8. Геотехнология, горные машины (технические науки)

Индекс УДК: 622.64

DOI: 10.26730/1816-4528-2026-3-105-118

Аннотация: В статье рассматривается актуальная проблема повышения производительности гидравлических экскаваторов типа «обратная лопата» путем уменьшения налипания влагосодержащих грунтов. Активное налипание грунтов на рабочие органы выемочных машин, а также кузова автосамосвалов характерно для условий большинства горнодобывающих предприятий в весеннее-осенний период. В работе проведен анализ литературы и рассмотрены ограничения существующих методов количественной оценки налипания грунтов на элементы конструкции землеройных машин. Предложен комплексный подход к цифровизации процесса черпания, интегрирующий DEM–моделирование, кинематический анализ рабочего оборудования на основе формализма Денавита–Хартенберга и данные специализированных измерительных систем. Разработана лабораторная установка, воспроизводящая полный динамический цикл «черпание – подъем – выгрузка» с синхронной регистрацией массы налипшего грунта и его влажности. Введен оригинальный метод количественной оценки «мертвых зон» ковша на основе анализа векторов нормалей к поверхности (, ), позволяющий обоснованно выбирать конструкцию рабочего органа (тип ковша). Построена адаптивная физико-эмпирическая модель адгезии, учитывающая восемь ключевых факторов: влажность, число пластичности, температуру, контактное давление, шероховатость, краевой угол смачивания, кислотность и содержание органики. Предложена формула расчета часовой производительности экскаватора в условиях эксплуатации с учетом рассчитываемого коэффициента наполнения ковша, учитывающего налипание горной массы. Получены опытные данные по зависимости липкости (силы отрыва) грунтов от их влажности, имеющие высокий коэффициент детерминации , соответствующие нормальному (Гауссовому) распределению. Показано, что максимальная сила отрыва (липкость) для пылеватых суглинков (на основе каолинитовых глин, преобладающих в Кузбассе) достигается при влажности ω=24,3%. Предложенный метод анализа нормалей позволяет обоснованно выбирать конструкцию рабочего органа для работы с глинистыми породами. Внедрение разработанной модели на угольных предприятиях позволяет снизить потери производительности на 15–20% за счет рациональных режимов работы и технического сервиса (своевременной очистки, обновления футеровки). Модель демонстрирует высокую адаптивность для различных месторождений.

Ключевые слова: гидравлический экскаватор обратная лопата влажные суглинки влагосодержащие грунты налипание грунта цифровизация процесса черпания DEM–моделирование кинематическая модель формализм Денавита–Хартенберга лабораторная установка физико-эмпирическая модель определение «мертвых зон»

Дата получения: 04.05.2025

Дата одобрения: 15.05.2025

Дата опубликования: 04.06.2026

ЦИТИРОВАНИЕ СКАЧАТЬ