Як тип ґрунту та абразивна дія кам’янистих порід змінюють характер зношення ходової частини

Основи типів ґрунтів: як когезія, твердість і вологість впливають Зноса Механізми

Когезійні та некогезійні ґрунти: характерні ознаки зносу у мулу, глині та піску

Глинисті ґрунти злипаються між собою й чудово утримують воду, утворюючи липкі шари, які фактично прискорюють знос ходової частини машин через усі накопичення та хімічні реакції. Коли глина намокає, вона прилипає до гусениць і інших деталей, що порушує розподіл ваги й створює додаткове навантаження на металеві шарніри та втулки. Деякі дослідження геотехніків 2023 року показали, що це може збільшити напруження приблизно на 40 % порівняно з сухими умовами. Піщані ґрунти ж працюють інакше. Ці розсипчасті зерна діють як дрібні частинки наждачного паперу розміром близько 0,1–2 мм, які з часом потрапляють у ущільнення та підшипники. Вони викликають абразивне зношування, що спочатку проявляється у вигляді малих подряпин, а згодом призводить до більших тріщин. Вода також кардинально змінює ситуацію. Вологий пісок прискорює зношування приблизно на 25 % порівняно з нормальними умовами, тоді як суха глина утворює тверду корку, яка відколюється від роликів. Саме тому операторам необхідно звертати увагу не лише на наявність каміння навколо, а й на те, з якого типу ґрунту вони працюють. Різні ґрунти призводять до різних видів пошкоджень обладнання.

Динаміка м’якого та твердого ґрунту: передача навантаження, деформація компонентів і початок втоми

Коли машини працюють на м’якому ґрунті, вага розподіляється по всій поверхні, що призводить до надмірного згинання окремих елементів ходової частини. Це спричиняє прискорене зношування деталей порівняно з очікуваним терміном їх служби. На пилуватому ґрунті або іншому розсипчастому субстраті ланки гусениці постійно згинаються вперед і назад. Дослідження з галузі терамеханіки (2024 р.) показують, що термін служби втулок скорочується приблизно на 30–50 % порівняно з експлуатацією на твердих поверхнях. Ситуація ще більше погіршується на щільно утрамбованому ґрунті, оскільки ударні навантаження передаються безпосередньо через усю систему. Це призводить до поступового утвердження металевих поверхонь, що збільшує ймовірність раптового виникнення тріщин, особливо в районі ведених коліс та роликів. Справжні проблеми виникають, коли техніка переміщується між різними типами ґрунтових умов. Оскільки одна ділянка просідає інакше, ніж інша, у конструкціях рами гусениці виникають крутильні навантаження. І що цікаво? Кількість вологи в ґрунті насправді визначає, наскільки серйозними стануть ці проблеми на практиці.

Цей взаємозв’язок пояснює, чому змішані умови ґрунту спотворюють патерни зношування — не через рівномірну деградацію, а через локальне перевантаження та непостійні цикли напружень у ходовій частині.

Механіка абразивного впливу каміння: кількісна оцінка впливу на елементи гусениці

Режими абразивного контакту: зношування ковзанням, ударне та котне зношування на траках і втулках

Абразивне зношування гірських порід відбувається через три основні режими контакту: ковзання, удар і кочення. Ковзання призводить до найбільшого зношування обладнання. Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі «Wear» ще в 2014 році, ковзання спричиняє втрату матеріалу в 3–5 разів більшу, ніж кочення. Це відбувається тому, що камені фактично мікроріжуть поверхні тракових тарілок під час їхнього бічного переміщення по них. Коли техніка потрапляє на раптові зміни рельєфу, починає діяти ударне зношування, яке викликає згин і деформацію втулок, а також прискорює розвиток тих неприємних тріщин у підповерхневому шарі, які всі ми боїмося. Кочення спочатку менш шкідливе, оскільки воно викликає лише повільне поверхневе втомлення. Проте проблеми виникають, коли мікрозерна абразивних частинок застрягають між рухомими компонентами. Числові дані також чітко це підтверджують: польові спостереження на кар’єрах свідчать, що близько 60–70 % ранніх відмов тракових тарілок можна пов’язати виключно з ковзанням.

Шляхи деградації поверхні: утворення ямок, відколи та руйнування країв у роликах і направляючих роликах

Коли камені терться об несучі деталі, це призводить до різних типів пошкоджень цих компонентів з часом. Процес утворення мікропор починається після того, як багато малих ударів накопичують достатню силу, щоб перевершити локальну міцність матеріалу. Ці мікронапруження потім розвиваються в більш серйозні пошкодження — відшарування (сполі), які насправді є однією з основних причин повного заклинювання роликових підшипників. Щодо направляючих фланців, тут найчастіше спостерігається інший механізм пошкодження: відколи. Вони виникають тому, що при прямому ударі каменів матеріал схильний до раптового тріснення, а не до поступового згинання. Також поширеною проблемою є розтріщини по краях деталей. Вони починають розвиватися з мікродефектів, залишених під час виробництва, коли деталі піддаються крутильним навантаженням. Тип каменю також має велике значення. Більш тверді матеріали, такі як граніт (твердість близько 6–7 за шкалою Мооса), призводять до набагато швидшого зношування порівняно з м’якшими, наприклад вапняком (твердість близько 3–4 за шкалою Мооса). Дослідження зношування ходової частини показують, що граніт викликає приблизно на 40 % більше зношування, ніж вапняк.

Синергія ґрунту та скелі: чому умови змішаного рельєфу прискорюють і спотворюють процеси Зноса Узори

Вкраплені у глину або пилуватий ґрунт камені: посилене абразивне вплив та нерівномірний розподіл навантаження

Абразивні камені застрягають у зчеплювальних ґрунтах, таких як глина та пил, створюючи те, що ми називаємо високозношувальною гібридною ситуацією на практиці. Коли вологі липкі ґрунти утримують ці камені біля гусениць машини, тиск контакту різко зростає. Йдеться про інтенсивність шліфування, яка насправді втричі вища порівняно з тією, що спостерігається під час роботи машин на однорідному рельєфі. Що відбувається далі? Застряглі камені починають діяти як маленькі обертові абразиви, по суті, «наждачно» зношуючи пальці та втулки при кожному оберті. У той самий час м’якші частини ґрунту стискаються під великими навантаженнями, тоді як вбудовані камені просто залишаються на місці й не деформуються належним чином. Це призводить до різноманітних проблем із розподілом ваги між опорними котками та направляючими колесами. Навантаження концентрується на певних ділянках, що призводить до утворення ямок і сколів замість рівномірного зносу по всій поверхні. Не дивно, що ми спостерігаємо такі різні зношувальні патерни на ходових частинах, коли техніка працює в умовах змішаного рельєфу, порівняно з чисто кам’янистими або болотистими середовищами.

Операційна відповідь: узгодження конструкції ходової частини з домінуючими чинниками рельєфу

Керівникам обладнання, які прагнуть зменшити передчасне зношення та заощадити кошти, необхідно підбирати конструкції ходової частини відповідно до основних особливостей рельєфу, виявлених під час ґрунтових і гірськопородних оцінок. У разі роботи на зчеплювальних ґрунтах, таких як глина, ширші гусениці допомагають розподілити вагу, щоб техніка менше провалювалася. Для розсипчастих піщаних ґрунтів потрібні міцніші втулки, які краще витримують постійне абразивне навантаження. У твердих кам’янистих умовах вимагаються спеціальні опорні котки та ведучі колеса, виготовлені з міцних сплавів, стійких до утворення вм’ятин і сколів через ударні навантаження. На м’яких ґрунтах потрібен зовсім інший підхід: деталі мають бути розраховані на тривале повторюване навантаження без руйнування з часом. Особливі труднощі виникають у зонах змішаного рельєфу, де супісок містить каміння. У таких випадках зазвичай потрібні надійні конструкції в поєднанні з поліпшеними ущільненнями та міцнішими контактними точками по всій системі. Практичні випробування показують, що такі адаптовані підходи можуть збільшити термін служби компонентів приблизно на 30 % та зменшити кількість неочікуваних ремонтів. Замість універсальних специфікацій «одного розміру для всіх» цей метод забезпечує експлуатантам реальні результати, засновані на тому, що найкраще підходить для конкретних умов кожного об’єкта.

Розділ запитань та відповідей

Що таке зчеплені та незчеплені ґрунти?

Зчеплені ґрунти, такі як глина, утримують воду й тримаються разом, тоді як незчеплені ґрунти, такі як пісок, є розсипчастими й сухими.

Як твердість ґрунту впливає на знос обладнання?

Твердий ґрунт може спричиняти ударні навантаження, які передаються через обладнання, що призводить до зносу й потенційного виходу з ладу.

Чому змішані умови ґрунту ускладнюють роботу техніки?

Змішані умови ґрунту призводять до нерівномірного розподілу навантаження й прискореного зносу компонентів обладнання.