基于散体力学的矿用机械式挖掘机工作阻力计算

论文摘要

矿用机械式挖掘机挖掘过程是复杂的物理现象。影响挖掘阻力因素主要有：切削矿石的厚度、切削角、切削速度、进入铲斗内的挖掘矿堆体积(矿石挖掘体积)。这些参数在不同的挖掘位置有不同的数值。挖掘机工作中的大部分能量消耗在挖掘矿堆上。设计挖掘机时,挖掘阻力作为载荷条件必须有一个合理的确定值,并以此确定挖掘机工作装置等的结构尺寸、结构设计和选配电机。本文对矿用75m3机械式挖掘机挖掘阻力的现有确定方法(试验研究、现场测试)进行了分析。并提出了利用散体力学处理爆破后的矿堆,将矿石模拟为大小不均的球体,半径R服从高斯分布μ为0.3m,分布区间从0.182～0.418m的颗粒集合。建立了矿堆模型与铲斗模型,拟合理论挖掘轨迹从而确定挖掘阻力与最大挖掘阻力作用位置及其值。在运用散体力学确定挖掘阻力的基础上,与现有方法得到的结果进行了比较分析。本文通过散体力学方法确定挖掘阻力,该方法具有开拓意义。由于土壤的性质极为复杂和软件完备性,结果与经验公式值误差为25.9%,达到工程上应用尚需完善软件功能并做更多的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、选题依据和背景
• 1.2 国内外研究现状及发展动态
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 第2章 散体力学基础理论
• 2.1 散体物料的基本概念
• 2.2 离散单元法
• 2.2.1 散体力学计算模型
• 2.2.2 离散单元法软件PFC3D简介
• 2.2.3 模型假设
• 2.2.4 颗粒单元的属性
• 2.2.5 接触模型
• 2.2.6 接触模型选择
• 第3章 确定矿堆和铲斗的数学模型
• 3.1 矿堆数学模型
• 3.1.1 矿堆整体模型
• 3.1.2 矿堆块度模型
• 3.1.3 矿堆模型接触模型与物理性质
• 3.2 铲斗数学模型
• 3.3 铲斗挖掘轨迹数学模型
• 3.3.1 确定挖掘铲斗运动轨迹的目的和意义
• 3.3.2 机械式单斗挖掘机正铲工作装置的组成及运动轨迹拟合
• 3.4 模型修正与运行结果
• 3.4.1 模型修正
• 3.4.2 模型运行结果与分析
• 第4章 散体力学方法与现有结果比较分析
• 4.1 铲斗斗容量计算
• 4.2 挖掘阻力计算
• 4.2.1 ИЯ艾佐什托克公式
• 4.2.2 A.C.列勃罗夫公式计算带齿刀片切削阻力
• 4.2.3 B.И.巴洛涅夫公式
• 4.2.4 测量推压提升力求挖掘阻力
• 4.2.5 试验研究与回归方法
• 4.3 挖掘阻力计算结果比较
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢