作者 | 郭老師 仿真秀優秀講師

首發 |仿真秀App

導讀：挖掘機完成各種工作任務，其承受著各種復雜多變的載荷。由于挖掘機作業條件惡劣，受載情況十分復雜，導致挖掘阻力難以確定，工作裝置各鉸點所承受的動態載荷也很難準確獲得，給結構強度的準確分析預測帶來了困難。基于多體動力學仿真、離散元仿真模擬、預測反鏟挖掘機在進行挖掘作業時鏟斗端所受的挖掘阻力以及機臂的應力應變，為下一步的挖掘機鏟斗結構優化、工作裝置鉸點優化提供理論基礎。

一、工程車輛仿真的關鍵技術

以某挖掘機為研究對象，通過顆粒動力學分析獲得較為精確的挖掘阻力，為動臂結構強度的分析提供加載依據。

1、根據挖掘機的幾何參數建立三維模型，實測挖掘機不同物料下的作業實驗、然后以動臂、斗桿和鏟斗油缸位移變化曲線作為驅動，模擬真實的挖掘過程，獲得鏟斗軌跡曲線；

2、通過RFlex對其動臂進行柔性化，賦予真實的材料參數，根據仿真結果，查看動臂的應力應變，同時也可獲得疲勞壽命；

3、通過離散單元法建立挖掘介質的顆粒模型，設置顆粒工廠和其他求解參數，模擬鏟斗在挖掘時的真實工況，以此求得鏟斗在挖掘不同介質時各個方向所受的挖掘阻力。

二、工程車輛仿真分析

1、RecurDyn

建立挖掘機虛擬樣機模型，不考慮實際挖掘機挖掘作業時機體的行走、回轉、平掃、卸料工況。因此在進行運動學仿真時，在不影響仿真結果的情況下，保證仿真速度、提高仿真效率，利用約束、柔性化命令對其進行模型進行處理，利用AKISPL將實驗采集得到的三組油缸活塞桿的時間位移數據轉化為時間速度數據，如鏟斗軌跡下圖所示：

2、EDEM

EDEM是目前應用十分廣泛的一款離散單元法軟件，主要是用來對工業中粒子進行仿真分析處理。可以較為準確地模擬各種非球形顆粒，同時支持多種類型的CAD文件導入，擁有與其他分析軟件兼容的接口， 可以用來實現顆粒與流體、機械等學科的耦合仿真分析。比如：

3、結果分析

（1）阻力分析，通過仿真求解可以得到鏟斗在作業時受到的挖掘阻力，分別是 X、Y、Z 三個方向的挖 掘阻力和沿 X、Y、Z 軸的阻力矩

（2）應力分析，通過剛柔耦合，可以獲得動臂在挖掘過程中的實時應力變化，獲得易發生疲勞磨損的的部分，可對后期結構優化，壽命預測提供基礎

審核編輯：湯梓紅