隨著現(xiàn)代機械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真分析在工程設(shè)計及優(yōu)化中扮演著越來越重要的角色。斗輪挖掘機作為一種常見的土方機械，具有廣泛的應(yīng)用場景，如建筑、道路施工、采礦等。

然而，傳統(tǒng)設(shè)計存在耗時、耗資、效率低等問題，而仿真分析則可以通過計算機模擬來預(yù)測機械的性能和行為，從而在設(shè)計階段盡早發(fā)現(xiàn)問題并進行優(yōu)化，降低設(shè)計成本，提高生產(chǎn)效率。

本研究使用離散元方法（DEM）建立煤巖模型，模擬斗輪挖煤過程，確定鏟斗設(shè)計方案，從而優(yōu)化斗輪挖掘機的工作效率。

煤巖建模及標定

為了準確模擬煤巖顆粒在剪切破壞過程中的行為，需要對煤巖模型進行標定。煤巖模型的標定是斗輪挖掘機仿真優(yōu)化的基礎(chǔ)。

使用Bonding V2模型對煤巖顆粒進行模擬，煤巖顆粒與顆粒間通過Bonding鍵連接組成，可以模擬出更真實的煤層破碎和復(fù)雜的顆粒形狀，并根據(jù)需求自定義連接參數(shù)。

使用EDEM中的校準工具Calibration Kits聯(lián)合HyperStudy，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更準確的標定。在基礎(chǔ)標定實驗中，采用抗壓實驗、抗拉實驗和直剪實驗等方法，獲得煤巖顆粒的抗壓強度、抗拉強度和剪切強度等參數(shù)。

直剪實驗過程仿真煤巖切割實驗則采用斗齒切割實驗，實驗采用萬能拉壓試驗機推動斗齒切割煤巖試驗，對比分析切割阻力、挖除體積和切屑最大尺寸等數(shù)據(jù)，仿真值與試驗值吻合。

模擬斗輪挖掘機挖煤過程

基于標定好的煤巖模型，分析斗輪挖煤后的煤巖粒度分布，鏟斗及環(huán)形腔的裝載量及容積利用率，挖掘阻力等，準確預(yù)測煤巖層的破壞形態(tài)，優(yōu)化斗輪挖掘機的工作效率。

煤巖粒度
煤巖粒度是影響斗輪挖掘機工作效率的關(guān)鍵因素之一。如果煤巖顆粒過大或過小，都會影響斗輪挖掘機的挖掘效率和裝載量。

裝載量和容積利用率

鏟斗及環(huán)形腔裝載量及容積利用率直接反映了設(shè)備的效率，可以通過監(jiān)測裝載量和容積利用率，調(diào)整鏟斗的設(shè)計方案，提高斗輪挖掘機的裝載效率。

挖掘阻力

挖掘阻力則反映了其能耗，通過監(jiān)測挖掘阻力，可以調(diào)整斗輪挖掘機的工作方式，減少能耗。

斗體設(shè)計

基于斗輪挖煤過程的仿真結(jié)果，優(yōu)化鏟斗設(shè)計方案，確定多個關(guān)鍵參數(shù)，包括：參與切割斗齒個數(shù)，斗唇的傾斜角度，斗齒的工作前角，斗齒的扭轉(zhuǎn)角度等。在確定最終鏟斗方案后，模擬不同回轉(zhuǎn)挖掘位置時斗輪挖煤過程，通常包括：輪斗受料臂回轉(zhuǎn)取料方向，回轉(zhuǎn)角度等。

斗輪挖掘機的優(yōu)化是一個綜合性的過程，需要通過標定煤巖模型和監(jiān)測一系列數(shù)據(jù)，來優(yōu)化斗輪挖掘機的設(shè)計方案和工作效率。通過優(yōu)化斗輪挖掘機的設(shè)計方案和工作效率，可以提高其采煤效率和工作效率，實現(xiàn)更加高效和可靠的采煤作業(yè)。