Анализ влияния угла наклона лопатки на распределение напряжений в зубьях ковша экскаватора с использованием метода конечных элементов

Экскаваторы в основном используются в горном деле и строительстве. Эта тяжелая техника, широко известная как бэкхо́, представляет собой землечерпательную машину, применяемую для разработки горных пород, копки и выравнивания почвы, дноуглубительных работ, удаления дорожного покрытия и сноса. Зубья ковша экскаватора являются компонентами, которые часто подлежат замене. Их заменяют из‑за короткого срока службы и многочисленных видов отказов, таких как износ, изгиб, трещины и разрушение в процессе эксплуатации. Для предотвращения таких отказов был проведен структурный анализ зубьев ковша. Целью анализа было определение распределения напряжений в зубьях ковша, вызванного углом наклона (rake angle) при копании. Исследование выполнено методом конечных элементов с учетом статической нагрузки и двумерного моделирования для определения сил резания и сопротивления, действующих на зубья ковша. По результатам анализа получены распределение напряжений и максимальные значения эквивалентного напряжения по фон Мизесу в зубьях ковша, обусловленные эффектом угла наклона. Максимальное напряжение из результатов сравнивали с допустимым напряжением материала зубьев ковша. Результаты показали, что используемые материалы находятся в пределах безопасных значений и имеют низкий потенциал к отказу.