Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия

Б. С. Ермаков, зав. лабораторией ресурса материалов, докт. техн. наук, эл. почта: ermakov_bs@spbstu.ru
О. В. Швецов, зам. зав. лабораторией ресурса материалов, канд. техн. наук
С. Б. Ермаков, инженер-исследователь НТК «Новые технологии и материалы», канд. техн. наук
А. М. Золотов, профессор Высшей школы физики и технологий материалов, докт. техн. наук

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

С. А. Вологжанина, профессор кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, докт. техн. наук, эл. почта: vologzhanina_sa@pers.spmi.ru

Активное освоение территорий Сибири, Дальнего Востока и Арктического шельфа предприятиями минерально-сырьевого комплекса ставит ряд задач перед специалистами в процессе эксплуатации горнодобывающей техники. Простои, связанные с разрушением отдельных узлов и деталей горнодобывающего оборудования, приводят к значительным потерям. По этой причине обеспечение работоспособности зубьев и коронок экскаватора является актуальной задачей, особенно для оборудования, эксплуатируемого, в том числе, в условиях низких климатических температур. Известно, что неоднородность микроструктуры коронок и зубьев определяет их дальнейшую работоспособность. Несмотря на активное внедрение моделирования и прогнозирования формирования литой структуры в отливках зубьев ковшей экскаваторов, до сих пор наблюдается их преждевременное разрушение, особенно в ходе эксплуатации на крепких породах в условиях низких климатических температур. Рассмотрено влияние термической обработки на структуру и комплекс свойств материала, работающего в условиях износа на различных по крепости грунтах. Показано, что только комплексная термическая обработка может обеспечить работоспособность зубьев и коронок экскаватора. Рекомендовано применение гомогенизационного отжига перед последующими закалкой и отпуском, что позволит снизить негативное влияние наследственной междендритной микроструктуры в исходном состоянии, обеспечивая надежность эксплуатации рабочих органов экскаваторов. Ключевые слова:.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24–29–00713, https://rscf.ru/project/24-29-00713/.

1. Пашкевич Н. В., Хлопонина В. С., Поздняков Н. А., Аверичева А. А. Анализ проблем воспроизводства минерально-сырьевой базы дефицитных стратегических полезных ископаемых // Записки Горного института. 2024. Т. 270. С. 1004–1023.
2. Bhattacharyya S., Fan L., Azam S., Liu Sh. Advances in coal mining technology and sustainable mining techniques // The Coal Handbook (Second Edition). Woodhead Publishing, 2023. P. 263–321. DOI: 10.1016/B978-0-12-824328-2.00011-X
3. Жданеев О. В. Обеспечение технологического суверенитета отраслей ТЭК Российской Федерации // Записки Горного института. 2022. Т. 258. С. 1061–1078. DOI: 10.31897/PMI.2022.107
4. Алькова Е. Л., Панишев С. В., Максимов М. С. Оценка относительного показателя трудности экскавации взорванного массива в условиях криолитозоны // Успехи современного естествознания. 2020. № 11. С. 32–38. DOI: 10.17513/use.37511
5. Теплякова А. В., Жуков И. А., Мартюшев Н. В. Применение буровых машин с ударно-кулачковым механизмом в различных горно-геологических условиях // Устойчивое развитие горных территорий. 2022. Т. 14, № 3. С. 501–511. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-501-511
6. Зубов В. П., Фук Л. К. Разработка ресурсосберегающей технологии выемки пологих угольных пластов с труднообрушающимися породами кровли (на примере шахт Куангниньского угольного бассейна) // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 795–806. DOI: 10.31897/PMI.2022.72
7. Юнгмейстер Д. А., Исаев А. И., Гасымов Э. Э. Обоснование параметров пневмоударника для регулирования скорости бурения с помощью потока воздуха // Горный журнал. 2022. № 7. С. 72–77.
8. Klevtsov V. A., Timofeev D. Yu., Khalimonenko A. D. Improved design of manufacturing processes for mining machines: basing concepts // Russian Engineering Research. 2023. Vol. 43. pp. 1367–1375. DOI: 10.3103/S1068798X23110151
9. Казанин О. И., Ильинец А. А. Обеспечение устойчивости выемочных выработок при подготовке выемочных участков пологих угольных пластов тремя выработками // Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 41–48. DOI: 10.31897/PMI.2022.1
10. Болобов В. И., Плащинский В. А. Влияние длительности удара на эффективность разрушения горных пород и пластическую деформацию металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 3. С. 78–96. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_78
11. Насонов М. Ю., Лыков Ю. В., Чонг Д. Д. Исследование ресурса и долговечности металлических конструкций экскаваторов после истечения срока эксплуатации // Уголь. 2020. № 2. С. 13–17. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-2-13-17
12. Болобов В. И., Ахмеров Э. В., Ракитин И. В. Влияние типа горных пород на закономерности износа коронок зубьев ковшей экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № (6−2). С. 189–204. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_189
13. Салимов А. Э., Шибанов Д. А., Иванов С. Л. Риски выхода из строя карьерного экскаватора, связанные с его техническим обслуживанием и ремонтом // Горная промышленность. 2024. № 2. С. 97–102. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-2-97-102
14. Miladinov M., Sedmak S., Djordjevic B., Sedmak A., Vucetic F., Milivojevic A. Repairing of cracks on tooth gear ring of a bucket-wheel excavator // Procedia Structural Integrity. 2023. Vol. 48. P. 27–32. DOI: 10.1016/j.prostr.2023.07.106

15. Насонов М. Ю., Юнгмейтер Д. А., До Дык Чонг. Оценка долговечности металлоконструкций экскаваторов ЭКГ-10 при наличии трещин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 11. C. 67-79. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_11_0_67
16. Ермаков Б. С., Вологжанина С. А., Ермаков С. Б., Швецов О. В. Причины ускоренного выхода из строя коронок зубьев ковшей экскаваторов при работе в условиях Арктики // Черные металлы. 2024. № 9.
С. 37–43. DOI: 10.17580/chm.2024.09.06
17. Побегайло П. А., Крицкий Д. Ю., Гильмашина Т. Р. Износ элементов карьерных экскаваторов: анализ современного состояния проблемы // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 2. С. 64–74. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-2-0-64-74
18. Jie Li, Liujie Xu, Yu Feng, Shubo Wu, Wei Li, Qiwei Wang, Peng Zhang, Xiaohui Tu. Hardening mechanism of high manganese steel during impact abrasive wear // Engineering Failure Analysis. 2023. Vol. 154. 107716. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2023.107716
19. Богданов Р. А. Совокупное воздействие химического состава и среднего диаметра сульфидов и оксидов точечных на ударную вязкость вагонных отливок из стали 20ГЛ // Черные металлы. 2024. № 5. С. 10–17.
20. Голод В. М., Цветков А. С., Теплухина И. В., Ле К. Д. Анализ и прогнозирование дендритной неоднородности, возникающей в стальных отливках при кристаллизации // Литейное производство. 2020. № 9. С. 17–22.
21. Шахназаров К. Ю. О связи экстремумов жидкотекучести, динамики линейной усадки цветных сплавов с диаграммами фазового равновесия // Литейное производство. 2020. № 5. С. 8–13.
22. Гильманшина Т .Р., Крицкий Д. Ю., Тюрин С. И., Ковалева А. А., Шигин А. О. Исследование возможности повышения надежности литых крупногабаритных изделий для горного оборудования // Интернет-журнал Науковедение. 2017. Т. 9. № 2. С. 105–126.
23. Казаков А. А., Любочко Д. А., Рябошук С. В., Чигинцев Л. С. Исследование природы неметаллических включений в стали с помощью автоматического анализатора частиц // Черные металлы. 2014. № 4. С. 37–42.
24. Fernández J. E., Vijande R., Tucho R., Rodrı́guez J., Martı́n A. Materials selection to excavator teeth in mining industry // Wear. 2001. Vol. 250, Iss. 1–12. P. 11–18. DOI: 10.1016/S0043-1648(01)00624-X
25. Колокольцев В. М., Вдовин К. Н., Синицкий Е. В., Феоктистов Н. А. Оценка эксплуатационной стойкости и моделирование технологии изготовления отливки «зуб ковша экскаватора» // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2015. № 4 C. 61–64.
26. Скрябин М. Л. Исследование влияния вида раскислителя на наличие неметаллических включений в стальных отливках // Информационно-технологический вестник. 2023. № 4 (38). С. 163–172.
27. Чечуха В. И., Садоха М. А. Дефекты в отливках при литье под высоким давлением и меры по предотвращению их образования // Литье и металлургия. 2024. № 1. С. 26–31. DOI: 10.21122/1683-6065-2024-1-26-31
28. Фарисов Р. Д., Иоффе М. А., Козловский В. Н. Предупреждение образования дефектов чугунных отливок с применением принципов встроенного качества // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2022. Т. 24. № 4 (108). С. 22–28. DOI: 10.37313/1990-5378-2022-24-4-22-28
29. Шаров Н. В., Платонов А. В., Чумаков В. А. Опыт ООО «ОМЗ-ЛП» в изготовлении и оценке качества отливок быстро изнашиваемых деталей из высокомарганцовистых сталей // Горная промышленность. 2012. № 3 (103). С. 28–32.
30. Жолдошов Б. М., Муратов В. С. Особенности влияния технологии получения отливок на структуру стали при термической обработке // Известия Ошского технологического университета. 2018. № 3. С. 123–126.
31. Добрынина А. В., Храмовский Ю. В. Термическая обработка литейной конструкционной стали с использованием ускоренного нагрева отливок // Сталь. 2016. № 5. С. 57–59.
32. Аникеев А. Н., Чуманов И. В., Сементинов И. А. Моделирование способа повышения износостойкости коронок экскаваторов путем дисперсного упрочнения карбидом титана // Сталь. 2015. № 2. С. 72–74.
33. Абдуллин А. Д. Выявление дефектов микропористости в стальных отливках с помощью компьютерного моделирования литейного процесса в PROCAST // Металлург. 2013. № 3. С. 19–23.
34. Матюшин К. Р., Батралиев Р. Ш., Арыштаев А. Г., Боциев Р. М. Опыт применения промышленного искусственного интеллекта в Заполярном филиале ПАО «ГМК «Норильский никель» // Цветные металлы. 2025. № 6. С. 94–101.
35. Решетов М. А., Александрова С. В. Применение искусственного интеллекта для прогнозирования дефектности продукции // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2025. № 5. С. 125–135. DOI: 10.24412/2071-6168-2025-5-125-126
36. ГОСТ 54153–2010. Сталь. Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа. — Введ. 01.01.2012.
37. ГОСТ 9013–59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. — Введ. 01.01.1969.
38. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости. вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977