[发明专利]一种矿用液压挖掘机挖掘阻力的仿真方法

说明书

一种矿用液压挖掘机挖掘阻力的仿真方法，包括以下步骤：1)在多体动力学仿真软件ADAMS中构建液压挖掘机的运动学模型，并定义其运动，模拟正铲液压挖掘机的典型挖掘工况；2)分析实际矿堆中矿石级配参数和矿石接触参数，利用无滑动接触模型在EDEM中建立矿堆本构模型，使其形成与自然矿堆一样的自然休止角；矿石接触参数包括碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数；3)在EDEM构建的矿堆中，参考在ADAMS中建立的运动学模型，定义工作装置运动，进行典型工矿挖掘，测得挖掘过程中铲斗所受的挖掘阻力。本发明的有益效果是：提高了计算精度，使挖掘阻力的计算可以运用到实际工程中降低试验成本，缩短设计时间。

技术领域

本发明涉及液压挖掘机多学科交互仿真技术领域，特别是一种矿用液压挖掘机挖掘阻力的仿真方法。

背景技术

挖掘机装载过程中，挖掘阻力几乎消耗了整机的全部能量，它是影响挖掘能力和装载效率的直接因素。挖掘阻力决定了挖掘机的机械结构强度、功率等参数的选择与校核，故能否准确的评估挖掘阻力，直接关系到挖掘机整机的设计和校核水平。

目前在挖掘机设计时获得挖掘阻力的方法主要有经验公式法、实验室研究、现场测试等方法。利用经验公式法计算挖掘阻力，由于考虑的因素较少，计算结果存在很大的偏差。而试验研究和现场测试等方法，一方面受到传感器技术的限定，使得到的结果不够精确，另一方面，在物理试验上，需要花高成本构建物理样机，且实验周期较长，降低了产品的开发效率。

与传统的基于物理试验得到挖掘阻力的方法相比，采用仿真的手段，利用多体动力学与离散元素法交互仿真的方法。不仅能够得到较精确的挖掘阻力，而且采用仿真模型替代传统设计开发模式下的物理样机模型，降低了产品的开发成本，缩短了产品的开发周期。同时，利用仿真的手段，模型参数修改方便，能够实现设计的多样化，有利于产品的优化设计。

发明内容

本发明的为了解决目前的目的在于提供一种液压挖掘机挖掘阻力的仿真方法，该方法是一种计算挖掘阻力切实可行的方法，并且利用多学科交互仿真的方法，不仅有利于提高仿真精度，同时也能降低试验成本，提高设计效率，缩短产品开发时间。

一种矿用液压挖掘机挖掘阻力的仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在多体动力学仿真软件ADAMS中构建液压挖掘机的运动学模型，并定义其运动，模拟正铲液压挖掘机的典型挖掘工况；

2)分析实际矿堆中矿石级配参数和矿石接触参数，利用无滑动接触模型在EDEM中建立矿堆本构模型，使其形成与自然矿堆一样的自然休止角，其中级配参数包括矿石的大小、形状、尺寸分布比例；矿石接触参数包括碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数；

3)在EDEM构建的矿堆中，参考在ADAMS中建立的运动学模型，定义工作装置运动，进行典型工矿挖掘，通过EDEM软件的仿真计算，得出铲斗挖掘矿石过程中所受的阻力，可在EDEM软件的后处理模块中导出挖掘过程中铲斗所受的挖掘阻力。

在三维实体造型软件UG中建立液压挖掘机的三维实体模型，并对模型进行适当简化，利用三维实体造型软件UG与多体动力学仿真软件ADAMS的接口，将简化后的液压挖掘机模型导入多体动力学仿真软件ADAMS中，利用ADAMS软件对所述液压挖掘机的动力学特性进行分析，建立所述液压挖掘机的动力学模型，并模拟挖掘机的典型挖掘工矿。

在完全认识实际矿堆的基础上，在EDEM中选择无滑动接触模型，并设置参数，包括材料属性以及材料之间的接触参数，然后建立矿堆模型，根据施工现场矿石颗粒的大小、形状以及粒径分布在EDEM中生成矿堆，使其自然堆垛形成自然休止角；其中材料属性包括泊松比、密度、剪切模量。

建立矿堆后，在EDEM中导入挖掘机工作装置的CAD三维实体模型，然后根据挖掘机工作装置在ADAMS中运动学分析的各个工况，在EDEM中定义工作装置的运动，模拟各挖掘工况，仿真结束后可在EDEM后处理模块中导出整个铲斗所受到的挖掘阻力。