Эксперты АО «Моделирование и цифровые двойники» изучили влияние марки стали на износ футеровки кузова карьерного автосамосвала для ПАО «Северсталь»

АО «Моделирование и цифровые двойники» (АО «МЦД»), ведущий поставщик отечественных и зарубежных инженерных решений, завершил исследовательский проект для ПАО «Северсталь». Компании необходимо было провести опытно-промышленные испытания по оценке износостойкости сталей различных марок. Однако натурные эксперименты являются дорогостоящими, а динамика поведения сыпучих сред — сложно предсказуемой. При этом вопросы повышения износостойкости деталей, замены иностранных марок сталей отечественными аналогами сегодня являются крайне актуальными.

Задачи исследования

Перед экспертами АО «МЦД» стояла задача — спрогнозировать картину и скорость абразивного износа двух типов футеровки кузова автосамосвала CAT 793D, выполненных из разных марок сталей. Экспертам предстояло определить удельную износостойкость для перечня марок стали, которые использовались при создании футеровки. Им также нужно было рассчитать их влияние на износ кузова при эксплуатации. Для исследования были взяты технологические пробы железной руды и вскрышной породы каменноугольного месторождения и заготовки пяти марок стали: Powerhard 450, SD500, SD550, 09Г2С и износостойкого проката иностранного поставщика.

Эксперты АО «Моделирование и цифровые двойники» совместно с представителями ПАО «Северсталь» разработали комплексную методику, позволяющую на основе недорогих лабораторных испытаний прогнозировать скорость износа защитных покрытий и рабочих элементов, подвергающихся высокоинтенсивному абразивному воздействию. Были исследованы 10 пар «марка стали — сыпучая среда» и определены соотношения работы износа и потери массы изнашиваемых тел.

Для исследования в качестве инструментов использовались два программных комплекса:

• Ansys SpaceClaim для восстановления 3D-геометрии по чертежам и упрощения модели;
• Rocky DEM для моделирования процесса износа образцов стали в мельнице абразивного износа, а также моделирования погрузки, разгрузки и транспортировки руды в автосамосвале Caterpillar 793D.

Проведение испытаний и DEM-моделирование

Работа состояла из двух этапов. В первую очередь были проведены лабораторные испытания и DEM-моделирование, включавшие:

• Калибровочные испытания для определения коэффициентов взаимодействия сыпучих сред со сталью.
• Испытания износоустойчивости. Во время них образцы каждой из 5 марок сталей подвергались абразивному воздействию со стороны сыпучих сред при одинаковых условиях.

В результате были сопоставлены потери масс пластин исследуемых сталей, а также работа износа, от которой зависят повреждения, накапливаемые пластинами с течением времени.

Далее эксперты использовали методы математического моделирования, включающие калибровочные испытания, испытания износа для определения работы износа при данных условиях и процесса погрузки, разгрузки и транспортировки руды автосамосвалом. Всего в рамках проекта использовались две модели автосамосвала:

• модель, подготовленная для износа футеровки днища и задней стенки кузова, на которой располагались две полосы тестируемого защитного покрытия;
• модель, подготовленная для износа футеровки боковой стенки кузова, на которой тестируемые образцы покрытий располагались в шахматном порядке.

Эксперты АО «МЦД» выполнили моделирование циклов погрузки-разгрузки в количестве, достаточном для достижения полного износа защитных покрытий днища и боковой стенки, а также зарегистрировали работу касательных сил, вызванную сыпучими средами на поверхности исследуемой футеровки.

Применение DEM-моделирования позволило спрогнозировать ходимость футеровки из различных марок сталей, сравнить ходимость защитного покрытия двух различных конструкций до изготовления и провести математическое моделирования силами одного сотрудника и одного ПК. В результате эксперты определили карты износа футеровки кузова автосамосвала Caterpillar 793D и подтвердили их опытно-промышленными испытаниями.

«Выполненный при поддержке АО «МЦД» проект позволил нам разработать и внедрить новые, более стойкие футеровки кузовов карьерных самосвалов, предложить нашим клиентам технически и экономически обоснованные варианты повышения эффективности производства за счет использования современных марок стали. Аналогичный подход комплексного применения знаний о свойствах материалов, лабораторных исследований и компьютерного моделирования может быть реализован для решения широкого спектра задач», — Олег Копаев, руководитель команды компьютерного моделирования компании «Северсталь».

О ПАО «Северсталь»

ПАО «Северсталь» — одна из самых эффективных в мире горно-металлургических компаний, создающая новые продукты и комплексные решения из стали вместе с клиентами и партнерами. Информация о свойствах продукции, карточки материалов для специализированного программного обеспечения, инженерные калькуляторы и тематические статьи представлены на Инжиниринговом портале «Северсталь».

О компании «Моделирование и цифровые двойники»

АО «Моделирование и цифровые двойники» (АО «МЦД») — ведущий поставщик отечественных и зарубежных инженерных решений. Компания занимается лицензированием, внедрением и техническим сопровождением программных продуктов российских и иностранных разработчиков для численного моделирования. АО «МЦД» оказывает клиентам учебно-консультационные, инженерные и ИТ услуги, включая многодисциплинарные инженерные расчеты, разработку и автоматизацию расчетных методик и расчетных процессов, адаптацию и интеграцию ПО, развертывание и настройку высокопроизводительных вычислительных ресурсов. Компания также предлагает собственные высокоэффективные программные продукты и комплексные услуги по созданию цифровых двойников, обеспечивая предприятия эффективными решениями для проектирования, диагностики и прогноза состояния промышленного оборудования.