基于EDEM的装载过程仿真研究

装载阻力是铲装过程中物料对铲斗的反作用力,其包含铲斗水平插入阶段的插入阻力和提升阶段的铲取阻力两部分。装载阻力的存在,一是影响装载效率,二是影响能量消耗和铲装成本,因此进行装载阻力形成机理的研究具有重要的现实意义。离散元理论的发展为研究机械-散体颗粒系统的作用机理提供了理论基础,并取得了一些应用成果。本文以离散元理论为基础,应用离散元软件EDEM,按照物料特性建立物料料堆,导入铲斗模型,进而建立装载过程的仿真模型,应用正交实验的基本方法进行仿真方案设计,实现了铲装作业的全过程仿真。通过仿真,首先对铲装作业时的物料运动特性进行了直观分析,阐明了物料变形对铲斗的阻碍作用；其次,研究了物料粒径、物料堆高和铲斗斗宽等因素对装载阻力形成的影响,分析了在不同因素影响下,装载阻力的变化特性,得到了以下结论： (1)建立的仿真模型合理可行。把铲斗模型导入到EDEM软件建立的料堆模型中,实现铲装物料的全过程仿真。仿真结果与经验公式、土力学推导公式和相关学者的实物试验结果数值相近,变化趋势基本一致,验证了仿真模型的正确性； (2)直观地观察到密实核和剪切滑移面的存在。通过物料运动特性分析,并结合软件截图发现,密实核处于不断产生又被不断破坏的状态；对于剪切滑移面,颗粒越大,表现的越不明显； (3)对仿真结果的进一步数据处理发现,铲斗水平插入阶段的插入阻力与插入深度间的关系可以用指数关系式进行表达； (4)通过对三个单一因素的仿真分析,发现装载阻力随物料粒径、物料堆高和铲斗斗宽的变化并不呈线性关系,而表现出非线性特征； (5)通过四因素三水平正交试验得到,插入深度和粒径对插入阻力的影响相对堆高和斗宽要大。 (6)通过多组仿真数据,在matlab中进行回归拟合,得到了插入阻力与粒径、堆高、斗宽和插入深度的关系式。