(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210888845.3 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 徐州徐工矿业机 械有限公司 地址 221000 江苏省徐州市徐州经济技 术 开发区和平大道169号 申请人 中国矿业大 学 (72)发明人 王大刚　王勇　王琳琳　崔慕春　 徐伟　马瑞永　薛子翱　孙远　 魏学峰　汤梁　孙跃威　王博　 (74)专利代理 机构 徐州市三联专利事务所 32220 专利代理师 陈鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01)G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗 型优化设计方法 (57)摘要 本发明公开一种复杂地质条件下露天矿液 压挖掘机铲斗斗型优化设计方法， 运用离散元与 多体动力学联合仿真方法， 以挖掘阻力、 装满率 和挖掘单位质量物料消耗能量为优化目标， 实现 对不同复杂地质条件下液压挖掘机铲斗斗型的 优化设计； 所述铲斗斗型包括宽深比、 切削余角 和刃角。 本发 明应用多体动力学和离散元法联合 仿真技术， 通过多体动力学仿真软件实时定义联 合仿真模型中铲斗运动特性， 能准确模拟液压挖 掘机铲斗动态挖掘物料过程， 避免采用多体动力 学仿真后运动结果间接定义离散元模型中铲斗 运动造成的误差 。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115186559 A 2022.10.14 CN 115186559 A 1.一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方法， 其特征在于， 运用 离散元与多体动力学联合仿真方法， 以挖掘阻力、 装满率和挖掘单位质量物料消 耗能量为 优化目标， 实现对不同复杂地质条件下 液压挖掘机铲斗 斗型的优化设计； 所述铲斗斗型包括宽深比、 切削余角和刃角。 2.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 具体包括以下步骤： a、 建立液压挖掘机和复杂形状物料颗粒的三维 实体模型； b、 建立液压挖掘机的运动学模型； c、 建立物料堆离 散元仿真模型； d、 进行离 散元‑多体动力学 联合仿真； e、 根据仿真结果进行优化设计。 3.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 所述步骤a中先建立液压挖掘机的三 维实体模型， 并对模型进 行简化， 然后 根据挖掘物料 的实际物料特性， 建立复杂形状物料颗粒 的三维实体模型， 最后将建立的液 压挖掘机模型和物料颗粒模型保存为需要的格式， 为数据传输做准备。 4.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 所述步骤b中将步骤a建立的液压挖掘机模型导入多体动力学仿真软件 Adams中， 设置各构件的材料属性、 各个构件间的接触运动副并根据实际挖掘工况设置驱动 函数定义 其运动， 模拟液压挖掘机的典型挖掘工况， 进行运动学分析。 5.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 所述步骤c中运用离散元仿 真软件EDEM， 根据实际挖掘工况， 选择适当的接 触模型； 设置材 料属性参数和材 料之间的接触参数； 将步骤a建立的复杂形状物料颗粒模型导入EDEM中作为模板， 采用多球叠加的方式构 建复杂形状颗粒， 同时采用EDEM自带的单球颗粒模拟简单形状颗粒， 然后根据实际挖掘物 料特性设置不同粒径颗粒的质量比重， 设置 颗粒工厂生成物料堆模型。 6.根据权利要求5所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 铲斗的材料属性参数与Adams模型中的设置一致， 材料之间的接触参数运 用实验与EDE M仿真相结合的手段进行 标定。 7.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 所述步骤d中将步骤a建立的液压挖掘机模 型导入步骤c 建立的EDEM仿 真物 料堆模型中， 使EDEM模型和Adams模型的单位和坐标一致； 设置各构件的材料属性， 打开 EDEM中的联合仿真开 关， 在Adams  Co‑simulation中加载耦 合仿真文件， 进行EDEM ‑Adams联 合仿真以模拟实际挖掘工况。 8.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 所述步骤e中联合仿真结束后， 在EDEM后处理模块中导出整个铲斗受到的 挖掘阻力， 根据仿真结果计算出铲斗装 满率、 挖掘单位质量物料消耗能量； 运用正交设计法， 改变铲斗斗型参数值设计多种不同斗型铲斗并按照以上步骤进行仿 真， 获得斗型参数对铲斗挖掘过程中挖掘阻力、 装满率、 挖掘单位质量物料消耗能量的影响 规律， 进而得到一组最优斗型参数， 提出优化 铲斗斗型。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186559 A 29.根据权利要求8所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计方 法， 其特征在于， 所述 铲斗装满率的计算公式为： 式中， η为铲斗装满率， m为挖掘完毕后铲斗装载的物料质量， ρ 为物料堆密度， v为铲斗 斗容值。 10.根据权利要求8所述的一种复杂地质条件下露天矿液压挖掘机铲斗斗型优化设计 方法， 其特 征在于， 所述 铲斗挖掘单位质量物料消耗能量的计算公式为： 式中， E为挖掘单位质量物料消耗能量， F为挖掘过程中产生的挖掘阻力， L为铲斗挖掘 过程中的位移， m为单次挖掘完毕后铲斗内的有效物料质量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186559 A 3