[发明专利]一种挖掘机铲斗-土壤接触模拟试验方法

权利要求书

1.一种挖掘机铲斗-土壤接触模拟试验方法，该方法用于分析如何对铲斗结构进行改进以减少土壤与铲斗的接触面积与粘附程度，从而提高挖掘机的工作效率，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：对挖掘机铲斗进行结构简化，根据铲斗的内部形状的不同将铲斗简化为包括中心区域、转角区域以及边齿区域，并分别采用水平板、L型板以及U型板这三个模拟板进行铲斗三个区域的结构模拟；

步骤2：对上述不同模拟板进行土壤接触与粘附的理论分析，并分别确定出水平板、L型板以及U型板上法向粘附力区域以及切向粘附力区域，通过对不同模拟板上不同粘附力区域进行标记，方便后续通过观察土壤的接触与粘附过程，对土壤接触与粘附的机理进行分析；

步骤3：采用土壤接触模拟试验装置，分别对水平板、L型板以及U型板进行土壤的接触模拟试验，试验过程中，记录不同模拟板的加载次数t、土壤粘附质量M(t)以及土壤粘附面积S(t)，并通过如下公式计算获得土壤的真实粘附系数I(t)：

步骤4：根据试验结果数据，绘制试验土壤的真实粘附系数I(t)与加载次数t之间的关系曲线图，综合三个模拟板的试验数据图，模拟出挖掘机在作业时，试验土壤与铲斗之间的接触与粘附过程；

步骤5：根据试验结果数据，绘制出不同模拟板的土壤粘附面积S(t)与加载次数t之间的关系曲线图，模拟出挖掘机在作业时，试验土壤在不同模拟板上的土壤粘附面积的变化过程，从模拟板和试验土壤之间水膜形成的机理出发，分析试验土壤与铲斗间的接触粘附具体过程；

步骤6：根据所述步骤5获得的试验结果以及土壤粘附机理的分析，以避免水膜形成为改进目标，对不同模拟板进行局部形状改进，从而获得新的模拟板，重复步骤1-4，获得新的模拟板在相同试验工况下的试验土壤的真实粘附系数I(t)与加载次数t之间的关系曲线图，通过对比模拟板在改型前后的试验土壤与铲斗之间的真实粘附系数，验证模拟板的改型，是否有利于减少试验土壤对铲斗的接触与粘附程度，若是，进行步骤7；

步骤7，改变试验土壤的含水率、土壤类型，重复上述试验步骤1-4，得到不同试验土壤对应的土壤与铲斗之间的真实粘附系数变化，为挖掘机在进行实际作业工况时提供土壤接触与粘附的理论参考。

2.如权利要求1所述的挖掘机铲斗-土壤接触模拟试验方法，在所述步骤2中，当土壤与模拟板紧密接触时，接触面会粘在一起，单位接触面积法向投影面积的拉脱力，即为土壤对模拟板的法向粘附力；

当土壤与模拟板之间沿着接触面切线方向发生相对位移，即土壤沿着模拟板表面移动时，土壤对模拟板表面的粘附阻力，即为土壤对模拟板表面的切向粘附力。

3.如权利要求1-2任一项所述的挖掘机铲斗-土壤接触模拟试验方法，在所述步骤3中，所述土壤接触模拟试验装置包括支撑框架、致动器、速度控制器、试验土箱以及相机组成，其中，

所述致动器垂向布置，其一端与支撑框架固定连接，另一端的输出杆与试验用模拟板连接，驱动模拟板在垂直方向上进行升降运动、反复贯入试验土箱中，模拟挖掘机铲斗的工作状态；

所述速度控制器与致动器电性连接，用于控制致动器输出杆的运动速度与方向；

所述试验土箱设置在致动器正下方适当距离处，其内设置有试验土壤，通过改变试验土壤的含水率、土壤类型，可以模拟挖掘机的实际工作的不同土壤环境；

所述相机用于记录不同的模拟板在每隔一定加载次数后，从试验土箱中贯出时的土壤粘附情况，对相机拍摄的照片进行处理后，获得试验土壤的粘附区域的变化过程，以及土壤粘附面积S(t)的具体数据。

4.如权利要求3所述的挖掘机铲斗-土壤接触模拟试验方法，所述的每隔一定加载次数可以是1次、2次或5次。

5.如权利要求1所述的挖掘机铲斗-土壤接触模拟试验方法，在所述步骤6中，所述对不同模拟板进行局部形状改进具体是改进不同模拟板的边界线形状，以破坏试验土壤与模拟板接触面间的水膜的形成。