基于离散元的高能效挖掘机铲斗斗型参数研究

王 蕊，姜旭东，刘家文

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

0 引言

挖掘机是国家经济建设的重要装备[1-2]，其具有产值大、技术复杂、制造难度大等特点，被称为工程机械之王。随着节能减排和绿色制造要求，对挖掘机在高效、智能和可靠等方面提出了严苛要求[3]；但是受一些关键技术的制约，国产挖掘机的发展仍赶不上外资品牌[4-5]，其中一个影响因素为国产挖掘机的平均效率比外资生产挖掘机低15%～20%。究其原因，国产挖掘机上匹配的铲斗属具工况适应性低为其中的一个重要原因[6]，具体表现为填充能力低、作业阻力大、能耗高。

通过对比国内外铲斗设计方法差异，以CAT、小松为代表的外资企业已经通过离散元理论[7-8]研究了模拟铲斗与物料的作业过程，检测铲斗在作业过程中的受力和磨损情况[9]，开发了适应其整机和工况的高效能铲斗。相比之下，国内企业仍是以经验和借鉴为主导设计思想，而在挖掘过程铲斗与物料作业机理、斗型参数与铲斗填充量、能耗关系等基础理论较少；因此，为了提升国产挖掘机铲斗正向设计能力，借助离散元理论和试验验证，研究铲斗关键斗型参数对铲斗填充量和挖掘过程能量消耗的影响。

1 铲斗作业轨迹分析

在实际作业过程中，面对同样的工况、料堆和机器，不同操作习惯的挖掘轨迹对铲斗结构受力和能耗功不同，引起生产效率有着很大变化；因此，为了铲斗斗型参数研究的科学性，必须先获得最优挖掘轨迹[10]。……