Рабочие органы почвообрабатывающих машин в процессе эксплуатации подвержены абразивному износу. Для детального изучения процессов износа рабочих органов можно использовать методы моделирования. Исследования проведены с целью разработки и верификации модели абразивного износа фрагмента рабочего органа почвообрабатывающей машины в лабораторной установке сухого резино-песчаного истирания с использованием метода дискретных элементов (DEM) и метода конечных элементов (FEM). Моделирование абразивного износа с применением гибридного подхода выполнили в среде ANSYS Workbench и Rocky DEM: частицы песка (сфера, 0,25 мм) описали DEM с контактной моделью гистерезисной линейной пружины, для стального образца и резинового колеса применили FEM с тетраэдрической сеткой (0,5 и 1,0 мм). Реализовали закон износа Арчарда с масштабированием пути скольжения в 1000 раз. Численное моделирование абразивного износа, проведенное при нагрузках на испытуемую деталь со стороны резинового колеса 17…100 Н, показало увеличение объемного износа по степенному закону Vm ≈ 1,22N1,.2. При нагрузке 100 Н за 7 с модельного расчета достигнут максимальный износ 328,5 мм3 . Определили три стадии износа: приработка (менее 30 Н), установившийся процесс (более 50 Н), ускоренное разрушение (более 85 Н). При нагрузках более 50 Н формируется W-образное распределение интенсивности износа с двумя боковыми максимумами по причине деформации резинового обода. Гибридный FEM-DEM подход по сравнению с мономоделью DEM повысил точность прогноза на 15…20%. Впервые получены количественные закономерности трансформации пятна интенсивности износа с ростом нагрузки для резино-песчаной установки; обоснованы пороговые значения контактного давления для стали 45. Разработанную модель рекомендуем применять для оптимизации режимов работы почвообрабатывающих орудий. Для песчаных почв с абразивными включениями предельная нагрузка на 1 мм режущей кромки не должна превышать 50 Н, что соответствует скорости движения 8…9 км/ч./The soil-engaging parts of tillage machinery are highly susceptible to intensive abrasive wear during field operations. Numerical modeling is an effective approach for conducting detailed studies of these wear processes. To this end, a numerical model of abrasive wear for a section of a tillage tool element was developed and validated against experimental data from a laboratory dry rubber-wheel (sand-abrasion) test installation. The simulation framework employs a combined discrete element method (DEM) and finite element method (FEM) approach. Cosimulations were performed using ANSYS Workbench and Rocky DEM: the abrasive sand particles (spherical, 0.25 mm in diameter) were modeled via DEM using a linear hysteretic spring contact model, while the steel specimen and the rubber wheel were discretized via FEM using a tetrahedral mesh with element sizes of 0.5 mm and 1.0 mm, respectively. Archard’s wear law, integrated with a wear-path scaling factor (α = 1000) to accelerate computation, was implemented. Numerical experiments were conducted under normal loads ranging from 17 to 100 N. The results demonstrate that the volumetric wear increases according to a power law: Vm ≈ 1,22N1, 2. Under a load of 100 N, the wear volume reached 328.5 mm3 within a 7-second interval. Three distinct wear stages were identified: running-in, steady-state wear, and accelerated wear at loads of 85 N and above. At loads exceeding 50 N, a characteristic W-shaped wear-intensity distribution with two lateral maxima emerged due to the elastic deformation of the rubber wheel rim. The hybrid FEM-DEM approach improves wear prediction accuracy by 15-20% compared to standalone DEM simulations. For the first time, quantitative patterns governing the transformation of the wear-intensity field under increasing loads were established for a rubber-sand abrasive environment, and critical contact pressure thresholds for Grade 45 steel were determined. The developed model is highly recommended for optimizing the design and operating parameters of tillage implements. For operations in sandy soils containing highly abrasive inclusions, the maximum linear load along the cutting edge should not exceed 50 N/mm, which corresponds to an operating speed of 8-9 km/h.
