本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，包括建立連續(xù)挖掘裝置模型；基于基于散料實際料性和料堆形態(tài)，采用離散元的方法計算散裝顆粒物料對挖掘料斗、支撐結(jié)構(gòu)件的壓力，以作為有限元分析時的載荷輸入條件；確定散料對挖掘裝置的作用力，采用有限元的方法對挖掘結(jié)構(gòu)體進行應(yīng)力和應(yīng)變分析，根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變分析結(jié)果對挖掘裝置的強度進行分析評估，根據(jù)挖掘散料的體積評估分析挖掘效力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)針對礦用挖掘裝置在不同工作情況下對挖掘裝置的載荷分別加以研究，能夠全過程、動態(tài)化、系統(tǒng)地評估挖掘裝置的力學性能和工作效率，并作為指導(dǎo)設(shè)計的依據(jù)。并作為指導(dǎo)設(shè)計的依據(jù)。并作為指導(dǎo)設(shè)計的依據(jù)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法
[0001]本專利技術(shù)屬于礦山設(shè)備
，具體涉及一種礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，主要應(yīng)用于礦山挖掘設(shè)備。
技術(shù)介紹
[0002]在料場、礦山工程中，礦用斗輪挖掘裝置裝卸的物料涉及到多種類型，有煤炭、礦石、砂石等，不同的物料其密度和作用系數(shù)也不同，對料斗的載荷也有所不同；礦用斗輪挖掘裝置主要應(yīng)用于礦山散裝物料的挖掘裝卸，在實際工作過程中復(fù)雜較為復(fù)雜，包含扭轉(zhuǎn)、彎曲、沖擊、振動等多種載荷；常規(guī)的挖掘裝置設(shè)計多以靜力學分析結(jié)果近似評估挖掘料斗設(shè)計，而動力學計算往往以近似挖掘力作為載荷條件進行運動評估，上述計算結(jié)果很難將結(jié)構(gòu)運動、結(jié)構(gòu)力學表現(xiàn)、精確挖掘力的作用全過程有機結(jié)合表述。
[0003]挖掘效率即單斗的挖掘物料體積與挖掘阻力的匹配關(guān)系也直接影響的產(chǎn)品的直接性能，所以說在設(shè)計過程中準確地計算和評估斗輪挖掘裝置的性能，對于挖掘裝備設(shè)計、提高運行效率等方面有著極為重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)旨在提供一種礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，以解決挖掘裝備運行效率低等問題。
[0005]本專利技術(shù)公開了一種基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，包括：
[0006]步驟a)建立連續(xù)挖掘裝置模型；
[0007]步驟b)基于基于散料實際料性和料堆形態(tài)，采用離散元的方法計算散裝顆粒物料對挖掘料斗、支撐結(jié)構(gòu)件的壓力，以作為有限元分析時的載荷輸入條件；
[0008]步驟c)確定散料對挖掘裝置的作用力，采用有限元的方法對挖掘結(jié)構(gòu)體進行應(yīng)力和應(yīng)變分析，根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變分析結(jié)果對挖掘裝置的強度進行分析評估，根據(jù)挖掘散料的體積評估分析挖掘效力。
[0009]進一步，步驟a建立挖掘裝置三維結(jié)構(gòu)模型，采用離散元的方法模擬挖掘過程，具體包括以下步驟：
[0010]步驟a1)根據(jù)挖掘裝置的實際幾何尺寸建立挖掘裝置的三維結(jié)構(gòu)，所述挖掘裝置包含挖掘料斗和支撐結(jié)構(gòu)，并將其導(dǎo)入到有限元軟件中；
[0011]步驟a2)在有限元軟件中定義挖掘裝置的材料特性，對挖掘裝置劃分有限元網(wǎng)格，定義各零部件之間的接觸方法，根據(jù)三維模型和材料特性建立挖掘裝置的有限元模型；
[0012]步驟a3)在有限元軟件中，基于散料料性用堆裝方法形成散料料堆。
[0013]進一步，步驟b為根據(jù)步驟a所提供的三維模型，基于散料實際料性如含水率、顆粒度、摩擦力、回彈系數(shù)等參數(shù)，采用離散元的分析方法對挖掘裝置設(shè)定轉(zhuǎn)速驅(qū)動模擬挖掘取
料過程，計算散裝顆粒物料對挖掘料斗和支撐結(jié)構(gòu)的作用力，并獲取料堆散料變化量。
[0014]進一步，步驟b具體包括：
[0015]步驟b1)根據(jù)挖掘裝置的結(jié)構(gòu)特點和工作方式定義的邊界條件，將物料對挖掘裝置的作用力作為載荷分時間步長全過程施加到有限元模型上；
[0016]步驟b2)根據(jù)施加載荷和邊界條件逐個進行有限元分析，即每個時間節(jié)點對應(yīng)的受力狀態(tài)進行獨立工況分析，但該計算過程保持連續(xù)。
[0017]進一步，步驟c具體包括：
[0018]步驟c1)借助離散元計算提供挖掘過程中的料堆體積消散，獲取挖掘能力的定量評價標準；
[0019]步驟c2)借助離散元計算方法所得到的受力載荷譜，包含挖掘裝置的空間坐標信息和時間定位信息，從空間域和時間域施加于挖掘裝置的有限元模型，根據(jù)全挖掘過程挖掘裝置整體的分時間步長動態(tài)計算挖掘裝置的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)；
[0020]步驟c3)結(jié)合取料能力對裝置的受力情況進行綜合評估，進一步調(diào)整挖掘切入角和料斗結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化挖掘阻力和挖掘能力。
[0021]其中，步驟c3為基于散料料性數(shù)據(jù)就挖掘過程開展散料流動性分析，進行挖掘過程求解，提取散裝顆粒物料對挖掘料斗及支撐結(jié)構(gòu)的作用力，以作為有限元分析時的載荷輸入條件，同時根據(jù)料堆散料的變化量數(shù)據(jù)作為挖掘能力指標；采用有限元的方法對挖掘裝置進行應(yīng)力和應(yīng)變分析，根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果和挖掘能力對結(jié)構(gòu)的挖掘性能開展綜合評估。
[0022]本專利技術(shù)的有益效果：
[0023]本專利技術(shù)針對礦用挖掘裝置在不同工作情況下對挖掘裝置的載荷分別加以研究，能夠全過程、動態(tài)化、系統(tǒng)地評估挖掘裝置的力學性能和工作效率，并作為指導(dǎo)設(shè)計的依據(jù)。
附圖說明
[0024]圖1是本專利技術(shù)實施例1提供的基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法的流程示意圖；
[0025]圖2是本專利技術(shù)提供的基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法的挖掘作用力數(shù)據(jù)示意圖。
具體實施方式
[0026]下文將結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做更進一步的詳細說明。應(yīng)當理解，下列實施例僅為示例性地說明和解釋本專利技術(shù)，而不應(yīng)被解釋為對本專利技術(shù)保護范圍的限制。凡基于本專利技術(shù)上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均涵蓋在本專利技術(shù)旨在保護的范圍內(nèi)。
[0027]除非另有說明，以下實施例中使用的原料和試劑均為市售商品，或者可以通過已知方法制備。
[0028]如圖1所示的基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，步驟如下：
[0029]1、建立斗輪挖掘裝置實際結(jié)構(gòu)件三維模型，保證設(shè)計結(jié)構(gòu)的完整評估；
[0030]2、基于散料實際料性(含水率、顆粒度、摩擦力、回彈系數(shù)等)和料堆形態(tài)，采用離
散元的方法計算并提取散裝顆粒物料對挖掘料斗及支撐結(jié)構(gòu)的整個挖掘過程的作用力，全方位更為真實的還原實際載荷情況，此時挖掘裝置是剛性的；
[0031]3、借助離散元計算提供挖掘過程中的料堆體積消散，獲取挖掘能力的定量評價標準；
[0032]4、借助離散元計算方法所得到的受力載荷譜，包含挖掘裝置的空間坐標信息和時間定為信息，從空間域和時間域施加于挖掘裝置的有限元模型，全挖掘過程分時間步長動態(tài)計算挖掘裝置的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)；
[0033]5、基于散料料性數(shù)據(jù)就挖掘過程開展散料流動性分析，進行挖掘過程求解，提取散裝顆粒物料對挖掘料斗及支撐結(jié)構(gòu)的作用力，以作為有限元分析時的載荷輸入條件，同時根據(jù)料堆散料的變化量數(shù)據(jù)作為挖掘能力指標；采用有限元的方法對挖掘裝置進行應(yīng)力和應(yīng)變分析，根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果和挖掘能力對結(jié)構(gòu)的挖掘性能開展綜合評估。
[0034]以上，對本專利技術(shù)的實施方式進行了說明。但是，本專利技術(shù)不限定于上述實施方式。凡在本專利技術(shù)的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本專利技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。
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【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟a)建立連續(xù)挖掘裝置模型；步驟b)基于散料實際料性和料堆形態(tài)，采用離散元的方法計算散裝顆粒物料對挖掘料斗、支撐結(jié)構(gòu)件的壓力，以作為有限元分析時的載荷輸入條件；步驟c)確定散料對挖掘裝置的作用力，采用有限元的方法對挖掘結(jié)構(gòu)體進行應(yīng)力和應(yīng)變分析，根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變分析結(jié)果對挖掘裝置的強度進行分析評估，根據(jù)挖掘散料的體積評估分析挖掘效力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，其特征在于，步驟a中建立挖掘裝置三維結(jié)構(gòu)模型，采用離散元的方法模擬挖掘過程，具體包括以下步驟：步驟a1)根據(jù)挖掘裝置的實際幾何尺寸建立挖掘裝置的三維結(jié)構(gòu)，所述挖掘裝置包含挖掘料斗和支撐結(jié)構(gòu)，并將其導(dǎo)入到有限元軟件中；步驟a2)在有限元軟件中定義挖掘裝置的材料特性，對挖掘裝置劃分有限元網(wǎng)格，定義各零部件之間的接觸方法，根據(jù)三維模型和材料特性建立挖掘裝置的有限元模型；步驟a3)在有限元軟件中，基于散料料性用堆裝方法形成散料料堆。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散元和有限元動態(tài)耦合計算的礦山連續(xù)挖掘裝置的性能評估方法，其特征在于：步驟b為根據(jù)步驟a所提供的三維模型，基于散料實際料性如含水率、顆粒度、摩擦力、回彈系數(shù)等參數(shù)，采用離散元的分析方法對挖掘裝置設(shè)定轉(zhuǎn)速驅(qū)動模擬挖掘取料過程，計算散裝顆粒物料對挖掘料斗和支撐結(jié)構(gòu)的作用力，并獲取料堆散料變化量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：戚一男，周康寧，曾建暉，
申請(專利權(quán))人：泰富重工制造有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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