Оценка прочности секции става шахтного скребкового конвейера
А.Д. Лазарев, И.А. Жуков
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №4S/ 2026 стр. 113-119
Резюме: В статье представлен методический подход к оценке прочности секции става шахтного скребкового конвейера, эксплуатационное нагружение которой носит комплексный характер, формируя тем самым сложное напряжённо-деформированное состояние. В существующей инженерной практике прочность секции оценивается по отдельным конструктивным элементам, что не позволяет учесть совместное действие нагрузок и выявить критические зоны на стадии проектирования. Установлено, что прямое применение метода конечных элементов к полной модели секции сопряжено со значительными вычислительными затратами, а моделирование сварных соединений как монолитного тела вносит дополнительную систематическую погрешность в расчете напряжений. В качестве решения предложено применение метода суперэлементов, основанного на декомпозиции конструкции на подсистемы, что позволяет снизить порядок итоговой системы уравнений при сохранении точности исходной дискретизации. На примере подсистемы направляющей рейки установлена минимально достаточная расчётная схема и идентифицирован конструктивный элемент, лимитирующий несущую способность узла.
Ключевые слова: добыча угля, шахтный скребковый конвейер, секция става конвейера, оценка прочности, конечноэлементное моделирование, метод суперэлементов
Для цитирования: Лазарев А.Д., Жуков И.А. Оценка прочности секции става шахтного скребкового конвейера. Горная промышленность. 2026;(4S):113–119. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2026-4S-113-119
Информация о статье
Поступила в редакцию: 02.06.2026
Поступила после рецензирования: 29.07.2026
Принята к публикации: 10.08.2026
Информация об авторах
Лазарев Артур Дмитриевич – аспирант, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Жуков Иван Алексеевич – доктор технических наук, заведующий кафедрой машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-9068-3201; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Литвиненко В.С., Петров Е.И., Василевская Д.В., Яковенко А.В., Наумов И.А., Ратников М.А. Оценка роли государства в управлении минеральными ресурсами. Записки Горного института. 2023;259:95–111. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.100
2. Казанин О.И. Перспективные направления развития технологий подземной угледобычи в РФ. Горный журнал. 2023;(9):4–11. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.09.01
3. Liu Q., Qiu Z., Li M., Shang J., Niu W. Evaluation and empirical research on green mine construction in coal industry based on the AHP-SPA model. Resources Policy. 2023;82:103503. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2023.103503
4. Maksarov V.V., Kufaev V.G. Magnetic Abrasive Finishing of Workpieces for Anti-friction Bronze Slide Bearing Shells. International Journal of Engineering, Transactions A: Basics. 2026;39(1):26–33. https://doi.org/10.5829/IJE.2026.39.01A.03
5. Zhang L., Ponomarenko T. Directions for sustainable development of China’s coal industry in the post-epidemic era. Sustainability. 2023;15(8):6518. https://doi.org/10.3390/su15086518
6. Kazanin O., Sidorenko A., Drebenstedt C. Intensive underground mining technologies: Challenges and prospects for the coal mines in Russia. Acta Montanistica Slovaca. 2020;26(1):60–69. https://doi.org/10.46544/AMS.v26i1.05
7. Казаков Ю.А., Козачков Г.С. Технологические требования к процессу измельчения экскавированного органогенного сырья. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025;(12-3):85–99. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2025_123_0_85
8. Хамидов О.У., Шибанов Д.А. Техническое обслуживание и ремонт карьерных экскаваторов по регламенту с учетом фактических условий и режимов их эксплуатации. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025;(12-3):152–167. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2025_123_0_152
9. Габов В.В., Суан Н.В., Задков Д.А., Тхо Ч.Д. Увеличение содержания крупных фракций в добываемой массе угля комбайном с использованием парных срезов. Записки Горного института. 2022;257:764–770. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.66
10. Зубов В.П., Голубев Д.Д. Перспективы использования современных технологических решений при отработке пологих пластов угля с учетом опасности формирования очагов его самовозгорания. Записки Горного института. 2021;250:534–541. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.4.6
11. Жуков И.А., Голиков Н.С., Мартюшев Н.В. Рационализация конструкции секции скребкового конвейера средствами автоматизированного метода анализа прочностных характеристик. Устойчивое развитие горных территорий. 2022;14(1):142–150.
12. Недашковская Е.С., Шешукова Е.И., Корогодин А.С., Мякотных А.А., Шибанов Д.А., Иванов С.Л. Структура системы технического обслуживания и ремонта горных машин. Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2024;(25):155–162. https://doi.org/10.26160/2658-3305-2024-25-155-162
13. Zhang P., Li B., Ma H., Xia R., Dong Y., Wang X. Fatigue life analysis of scraper conveyor chain ring under different chain speeds and loads. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2026;240(1):509–521. https://doi.org/10.1177/09544089241253057
14. Jiang S., Ren W., Mao Q., Zeng Q., Yu P., Gao K., Wang L. Dynamic analysis of the scraper conveyor under abnormal operating conditions based on the vibration and speed characteristics. Shock and Vibration. 2021;2021:8887744. https://doi.org/10.1155/2021/8887744
15. Tian Z., Jing S., Zhao L., Liu W., Gao S. Numerical simulation on coal loading process of shearer drum based on discrete element method. Energy Exploration & Exploitation. 2021;39(6):1919–1938. https://doi.org/10.1177/01445987211013536
16. Yang L., Zhang H., Song Y., Chen W., Chen Y. Study on multibody contact load distribution characteristics of scraper conveying system of continuous miner. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering. 2023;47(4):575–587. https://doi.org/10.1139/tcsme-2023-0017
17. Великанов В.С., Гришин И.А., Акманова З.С., Лукашук О.А., Лукашук А.Д. Современные аспекты создания горнотранспортных машин в условиях цифровой трансформации горных предприятий. Горная промышленность. 2024;(5S):28–32. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-28-32
18. Linh N.K., Gabov V.V., Lykov Y.V., Urazbakhtin R.Y. Evaluating the efficiency of coal loading process by simulating the process of loading onto the face conveyor with a shearer with an additional share. International Journal of Engineering, Transactions A: Basics. 2021;34(7):1804–1809. https://doi.org/10.5829/IJE.2021.34.07A.25
19. Шешукова Е.И., Шибанов Д.А., Иванов С.Л., Недашковская Е.С. Оценка нагрузок приводов рабочего оборудования карьерного экскаватора (часть 1). Горная промышленность. 2024;(3):143–148. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-3-143-148
20. Li S., Zhu Z., Lu H., Xue Y. Tension characteristics analysis of scraper chain of heavy-duty scraper conveyor with timevarying loads. Shock and Vibration. 2024;2024:5589346. https://doi.org/10.1155/2024/5589346
21. Hao J., Song Y., Liu H., Zhang P., Chen L., Zhang N. et al. The optimal design model for a new type of scraper and research on its material properties. Lubricants. 2023;11(4):171. https://doi.org/10.3390/lubricants11040171
22. Ma D., Wan L., Zhang X., Zeng Q., Gao K. Meshing characteristics and failure analysis of shearer walking wheel considering torsional deformation. Alexandria Engineering Journal. 2022;61(7):5771–5782. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.09.035
23. Лазарев А.Д., Жуков И.А. Методические подходы к определению и оценке прочности рештачного става забойного скребкового конвейера. Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2025;(31):125–132. https://doi.org/10.26160/2658-3305-2025-31-125-132
24. Ma H., Wang X., Li B., Liu Z., Bi W., Wei X. Study on the mechanical effect and wear behaviour of middle trough of a scraper conveyor based on DEM–MBD. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2022;236(7):1363–1374. https://doi.org/10.1177/13506501211059259
25. Bärnkopf E, Kövesdi B, Dunai L. Investigation of stress concentration zones in FEM-based design of welded plated structures. Buildings. 2023;13(4):1057. https://doi.org/10.3390/buildings13041057
26. Arandjelovic M., Djordjevic B., Sedmak S., Radu D., Petrovic A., Dikic S., Sedmak A. Failure analysis of welded joint with multiple defects by extended Finite Element Method and Engineering Critical Analysis. Engineering Failure Analysis. 2024;160:108176. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2024.108176
27. Yan R., Xin H., Yang F., El Bamby H., Veljkovic M., Mela K. A method for determining the constitutive model of the heat-affected zone using digital image correlation. Construction and Building Materials. 2022;342:127981. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127981
28. Molski K.L., Tarasiuk P., Glinka G. Stress concentration at cruciform welded joints under axial and bending loading modes. Welding in the World. 2020;64(11):1867–1876. https://doi.org/10.1007/s40194-020-00966-4
29. Ghimire A., Wald F., Vild M., Kabeláč J. Numerical design calculation of the high-strength steel welds. Engineering Structures. 2024;300:117201. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.117201
30. Вороненок Е.Я., Палий О.М., Сочинский С.В. Метод редуцированных элементов для расчета конструкций. Ленинград: Судостроение; 1990. 220 с.
31. Lee D., Chang S., Lee J. Generalized polynomial chaos expansion by reanalysis using static condensation based on substructuring. Applied Mathematics and Mechanics. 2024;45(5):819–836. https://doi.org/10.1007/s10483-024-3108-8
32. Feng Y., Zhang M., Li G., Meng G. Finite element analysis and structure optimization of the middle groove of scraper conveyor. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;616:012022. https://doi.org/10.1088/1757-899X/616/1/012022
33. Sun Y., Lu Y., Song Z. Review on the theories and applications of dynamic condensation and component mode synthesis methods in solving FEM-based structural dynamics. Acta Mechanica Solida Sinica. 2023;36(3):361–389. https://doi.org/10.1007/s10338-023-00383-2
34. Ge C., Liu Z., Miao T., Huo Y., Wu J., Cui M., Han J. Strength analysis and optimization of three-bridge rigid frame for mining dump truck using finite element stress linearization method. Journal of Physics: Conference Series. 2022;2343:012025. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2343/1/012025
35. Zhang Q., Zhang R.X., Tian Y. Scraper conveyor structure improvement and performance comparative analysis. Strength of Materials. 2020;52(4):683–690. https://doi.org/10.1007/s11223-020-00218-2
