第 1 頁 共 18 頁 利用 DEM法 對 挖掘機鏟斗填充 進行 數(shù)值模擬 C.J. Coetzee *, D.N.J. Els 斯坦陵布什 大學 機械與機電工程系 專用郵 袋 x1， Matieland（馬鐵蘭德） 7602 號 ， 南非 2007 年 2月 15 號 收到 ； 2009 年 2 月 25號 收到修改稿 ； 2009 年 5月 28 可接受 在線 可 見 2009 年 6 月 25號 摘要 挖掘機 的 鏟斗填充是一個復雜的顆粒流問題。為了優(yōu)化 填充 過程， 了解 參與的 不同機制 很 重要。離散單元法（ DEM）是一種很有前途的 實現(xiàn)模型間的土壤行動 的 方法， 它用于 本研究中模型的挖掘機斗 填充 過程。模型的驗證是基 于該模型的 斗阻力和不同的流動區(qū)域的發(fā)展 預測結果 的 精度 。 與 實驗測量 方法 相 比 ， DEM預測 的挖掘 阻力 較小 ，但總的趨勢是準確地模擬。在填充過程 結束 時 的 誤差 在預測的阻力為 20%。定性，有觀察和建模流區(qū)域之間的一個很好的協(xié)議條款位置和從一個階段到其他過渡。在 填充 的 所有階段， DEM 能夠 準確地 預測材料體積 在6% 鏟斗 內。 2009 ISTVS。由 Elsevier 公司 出版 。 保留所有權利。 1 簡介 土方工程設備 在 農業(yè)，土方工程和采礦業(yè) 中起著重要的作用 。 設備在形態(tài)和功能 上 是高度多樣化的，但大多數(shù)土壤的切割機可分 到 一個三大類，即葉 片， 松土機（撕裂者） 和水桶（鏟 斗 ）。本文重點研究 用離散元方法（ DEM） 進行 挖掘機鏟斗填充 的數(shù)值模擬 。 第 2 頁 共 18 頁 在許多 土方機械 上 均 可發(fā)現(xiàn) 鏟斗 。挖掘機是用來去除覆蓋 在 露天礦山 的超載荷 。 它的 去除 作業(yè)使得 在挖掘 的煤礦床 暴露 出來 。拉索是 類似于 起重機的一種結構 ，它有一個 通過鋼絲繩以懸浮 的 體積 至多可 達 100 m3 的 巨大的鏟斗。挖掘機是 礦井 操作 中的 一 個十分重要 的部分 ， 在 南非礦山企業(yè)競爭力 中發(fā)揮重要的作用。 人們 通常認為 ： 在煤炭開采行業(yè) 挖掘機 效率 提高 1%會 使得 每 臺挖掘機的 年產量提高 1 百萬 1 。 鏟斗還可用在 液壓挖掘機，裝載機 ， 鏟挖 掘機。 鏟斗的填充 是一個復雜的顆粒流問題。 用以 測量 填充 的現(xiàn)場設備的儀表是困難和昂貴的。使用小規(guī)模（通常是 1 /10 規(guī)模）的實驗鉆機 來 評估桶設計 1,2是可 行 的 ，但它們是昂貴的 而且在 有關于縮放 3,4 的有效性 上存在 問題。 由于沒有通用的標度律顆粒流 以及 流體動力學 5 ， 擴大模型試驗的結果是有問題的。 根據(jù)克利里 5 ，在沒有非常大的巖石 時 ， 鏟斗 的填充 可以視為相對地 在橫向方向上 幾乎不運動 的二維點運動。 在 拖動方向 沿 鏟斗 的橫截面的流動模式 是填充 的 最重要的方面 ，它 可以使用二維 模型較為 滿意的分析。 根據(jù) 拉鏟 挖土機的鏟斗填充實驗 羅蘭 2 可以得到 類似的 觀點 。 根據(jù) Hawkins 等人 6 ，在實際情況下 ， 當 涉及到 運動的 鏟斗 或推土機刀片 時， 平面應變條件只適用于某些變形運動區(qū)。這樣的工具的平面應變的解決方案 僅僅 可以假設 到 有限精度。 Hawkins 等人 6 同樣 研究了平面應變假 說：在土壤箱那里的土壤和刀具運動 受到 兩個透明的墻之間的約束。用于測量 這樣一 個鏟斗時 ， 由于土壤和側壁之間的摩擦 作用在 刀 具 上的力必須 估計 到 或忽 略 。他們發(fā)現(xiàn) 在鏟斗上有大量的斗齒 ， 但 這些斗 齒不作為單獨的 三維物體 ，而是 作為 幾個模 型的 一個廣泛的的工 具。在 這樣的組件的牙齒 前面的變形模式被認為是平面應變變形。然而，作者認為， 這只適用于 特定的粘性土（砂土） 而且 或許不適用于其他（特別是巖石 及 脆 性 ）的 材質 。在這項研究中 鏟 斗有全寬 的邊緣 沒有 斗 齒 而且 基于 Hawkins 等人的發(fā)現(xiàn)。 6 。平面應變假設了兩個維度 并且 采用三維 DEM模型。 第 3 頁 共 18 頁 分析方法 7 11 用于模型的土壤 刀 具間 的運 動是有限的無窮小運動和工具給定的幾何問題。這些方法預計不能夠得到有效的后續(xù)分析階段的進展的分析 土壤挖掘問題。 12 試驗方法是基于太沙基的被動土壓力 的 一個初步的土體破壞模式的理論 和假設 13 。復雜刀具的幾何形狀（如 鏟斗 ）和大變形不能使用這些方法 14 模擬 。 離散單元法是一種很有前途的方法 ， 可以通過 對 模型與土壤 的 相互作用 解決一些困難 （問題）。 分析 方法 15 。在 DEM，失效模式和材料變形是不需要提前 的 。該工具是 使用多個平壁 塑造（模擬）成的 而 刀具的幾何形狀 的復雜性不 會使 DEM 模型 變得 復雜 。 在 大粒狀材料的變形和發(fā)展的粒狀材料的自由表面 是由這種 方法 自動 控制的 。 克利里 5 利用 DEM 建模拖桶灌裝。趨勢顯示和定性的比較，但給出 的 實驗的結果沒有 出現(xiàn) 。 液壓挖掘機鏟斗的 填充 的過 程 由 Hawkins 和澤波夫斯基 12 以 試驗 形式表現(xiàn)出來 。他們研究 的目的 是 優(yōu)化 挖掘 工藝及 鏟斗軌跡。結果表明，最節(jié)能 的鏟斗 是一個 推動作用最小化的 背墻。 Owen et al。 21 模擬 3D挖掘機的鏟斗填充 。 用這種方法 ， 鏟斗 由 有限元方法和 DEM 的土壤 建模 。成群的 橢球被用來近似的粒子棱角。斗按 照預定的路線運動 Esterhuyse 1 和 羅蘭茲 2 研究了標拖 鏟斗 實驗的 填充 行為 ，其 重點 在于 安裝配置 ， 鏟斗外 形 及 齒間距。他們發(fā)現(xiàn) 鏟斗 的縱橫比（寬度 比 深度） 在用以填充鏟斗 的拖動距離 起了重要的作用 。 他 們 發(fā)現(xiàn)用 最 短 的 填充距離產生 拖曳力 的最高的峰值。 本研究的主要目的是為了證明 DEM 預測 鏟斗 上的 拖拽 力 和隨鏟斗填充而發(fā)展的 材料的流動模式 的能力 。 DEM 結果 與 每 土槽的形成 實驗 相比較 。 2。離散元方法 離散元方法 （ DEM） 基于模擬 作為單獨 組分的 顆粒物質的運動。 DEM 一開始 由庫德爾和施特拉克 16 應用于巖石力學。在這項研究中，所有的模擬 都 是二維的 而且通過商業(yè) DEM 軟件 PFC2D 17 運行 。 第 4 頁 共 18 頁 一個線性接觸模型用一個彈簧剛度 kn 在正常的方向和彈簧剛度 ks 剪切方向（ 如 圖 1所示 ）。摩擦滑動是在切線允許 的方向的 摩擦系數(shù) 。作用在 在相反方向的 阻力（摩擦力）與 合力成正比 及 一個 顆粒 比例常數(shù)（阻尼系數(shù)） C 17 。 想要了解 DEM 的 詳細 描述，讀者 可以參考 克利里和 awley（薩利） 18 ，庫德爾和施特拉克 16 ，霍格 19 以及 張和 懷恩的 20 。 3。實驗 兩個平行的玻璃板 ，間隔 200 毫米分開 固定 形成土槽。 這 種 鏟斗 形固定小車 是由滾珠絲杠、步進電機驅動 的 。 圖 1。 DEM 接觸模型。 第 5 頁 共 18 頁 圖 2 a 圖 2 實驗裝置 這套 完整的 裝置可以設置在一個 圖 2 a所示 的 水平的 角 度 。第一臂進行旋轉和固定 因此 這兩個臂保持垂直。第二臂 在垂直方向 保持 自由的 移動。 首先， 在 （圖2a） 位置 A 添加平衡 重量以實現(xiàn) 在 鏟斗 和第二 個 臂組件 權重 的平衡 。這導致了一個 “weightless“ （失重的或無重力的） 鏟 斗。然后在位置 B 加配重 來 設置 “ 有效 ” 桶的重量。由于 臂 2總是垂直 ， 即使鉆機角度 不是零度 ，有效的斗重量總是作用垂直向下（圖 2C）。重量為 49.1 N， 93.2 N， 138.3 N 和 202.1 N 的 斗 常被 使用。 當 鏟斗按照預定 方向 拖 動時 ， 由于 有效 鏟斗 的重量和作用在 顆粒 上的 力 ， 它也可以 在垂直方向 自由移動。 鏟斗 的底部邊緣總是設置為平行于拖動方向和材料的自由表面。這種類型的運動類似于一個拉鏟挖土機的鏟斗， 由 一組繩 拖在拖動方向，但在所有其他 方向 的運動 是 自由 的 2 。 彈簧加載的聚四氟乙烯刮用于密封的小 鏟斗 和玻璃板之間的開口。一個力傳感器 被 設計和建造 來 測量 作用在斗上的 阻力。一套應變計粘貼到 如圖 2a 所示的第 6 頁 共 18 頁 鋼束位置。四集的應變計是用于測量 在 拖動方向 的 力 。其他成分 的力 不測量。力傳感器的標定和校準的定期檢查，避免在測量方法 漂移 。鉆機的角度不是零， 在拖動開始 前 力傳感器為零。這種 用于 鏟斗填充重量組分的 補償 表現(xiàn)在拖動方向上 。 鏟斗 的垂直位移測量 由 一個線性可變差動變壓器（ LVDT） 確定 并且作為 DEM模擬量的一個輸入量 。 在實驗及 DEM 模擬狀態(tài)下鏟斗均給定一個 10 毫米 每秒 的速度。 鏟斗 形 狀及 尺寸在圖 2b 所示。 本研究采用玉米粒。雖然玉米 粒 不 是 實際的土壤， 但是 羅蘭 2 發(fā)現(xiàn)種子顆粒是適合實驗測試 而且 像自然土壤流入 鏟斗那樣緊密 。 4。 DEM 參數(shù)和數(shù)值模型 圖 3 顯示測量的晶粒尺寸 的 范圍和等效 DEM 晶粒。正態(tài)分布在尺寸范圍被用來創(chuàng)建成群的粒子。 通過 加入兩個或兩個以上的顆粒（在 3D 的 2D 和球盤） 可以形成 團塊 ， 在一起形成一個剛性粒子，即粒子包括在叢保持固定距離彼此 17。一叢內顆?？梢灾丿B的任何程度的影響和接觸力之間是沒有這些粒子產生克萊斯。在模擬無論作用于他們的力 是多大 簇不能打破 。模型中 20000 30000 的 成群粒子 被使用 。 圖 3（ a）物理晶粒尺寸和（ b） DEM 晶粒模型尺寸（ mm）。 校準過程，在另一篇文章，是開發(fā)的無粘性材料。顆粒大小，形狀 及 密度 是從物理測量和確定 的 。實驗室試驗和壓縮試驗 分別 用以 確定材料的內 摩擦角 及剛第 7 頁 共 18 頁 度 。這些測試都重復利用 不同的 DEM 模型顆粒摩擦系數(shù)的 數(shù)值 及 剛度值。 變形 試驗和壓縮試驗 的結果可以確定一個 獨特的顆粒摩擦顆粒剛度值， 表 1。 表 1 粒子 性能參數(shù)摘要和 DEM。 宏觀性能 測量 DEM 內摩擦角 23 24 休止角 252 241 堆積密度 778 千克每立方米 778 千克每立方米 密閉的體積彈性模量 1.60 MPa 1.52 MPa 鋼 性 摩擦材料 14 14 校準的 DEM 的特性 顆粒剛度， KN = KS 450 kN / m 粒子密度， QP 855 千克每立方米 顆粒摩擦系數(shù)， L 0.12 第 8 頁 共 18 頁 其他性能 阻尼， C 0.2 模型寬度 0.2 米 在軟件 PFC2D，所謂的墻，用 來 建立結構。該試驗臺及 鏟斗 ，同尺寸與實驗，建立了墻。壁是剛性的 并且 按照規(guī)定的 速度 做平移和 旋轉 運動。 作用在 墻壁上 的力和彎矩 不影響墻壁的運動。在實驗過程中持續(xù)不斷 的 10 毫米 每秒 的速度 被 應用 當 測定 垂直位移 時 。豎向位移 由 兩臺的角度和有效的 鏟斗 的重量 的影響 。一個典型的結果如圖 4所示。除了最初的過渡，垂直速度幾乎是恒定的，對于一個給定的安裝程序，并 且伴隨著鏟斗 的重量增加。在 DEM 模型 中 ，牽引速度為 10 毫米 每秒而且 測量的垂直位移被數(shù)據(jù)文件 讀取 并且 應用于 鏟 斗。 圖 4 鉆機角度為 10 度時 測量 的 斗 的 垂直位移和 四 組 有效 鏟斗 的重量 值 第 9 頁 共 18 頁 建立 在 PFC2D 的 標準函數(shù) 用來獲取作用于 單獨 的墻壁 和鏟斗 上的作為一個整體 的力 及彎矩 。鉆機角度 不為 零，鉆機是保持水平但重力 的組分 進行了相應的設置。 5。結果與討論 當涉及到 流動模式 時， 很難 進行 定量的比較。 然而 當比較材料的自由表面 時 ，一些比較 還 是 可以 做 的 。 圖 5和 6 顯示材料 是如何 分別 在鉆機角度為 h = 0_ and h = 20_流入 鏟斗的 。當 比較 材料的 自由表面的形狀 時 ，仿真能預測在 填充 初期的 一般形狀。 但 模擬未能準確地預測材料的自由表面在最后階段的填充。圖 5 鉆機角 度為 0度時的 填充結果 圖 6鉆機角 度為 20度時的 填充結果 曲線進行擬合實驗的自由表面和覆蓋在圖的數(shù)值結果 如圖 5 和 6 所示 。兩個自由表面之間 （堆高度） 最大 的差異是沿垂直的方向在拖動方向 上 測量 得到 。兩個測量，一在 DEM 的預測 較 高的堆高度，和一個測量在 的預測 較低的 堆高第 10 頁 共 18 頁 度。 數(shù) 值和 測定 的位置的數(shù)據(jù) 可以在圖中 顯示。以虛粒子尺寸為 10 mm 為例 ， DEM準確地預測堆高度在 1.5 4.5 顆粒 粒徑 。 圖 7顯示了 從試驗及模擬得到的 典型的阻力結果 。在大多數(shù)情況下， 在開始的實驗中觀察到 大的 阻力 跳躍 是 無法解釋 的 ， 并且 需要進一步的調查 研究 。從這個結果 來看 ，很明顯， DEM 模型 捕獲 到 阻力的一般趨勢，但它的預測值與實測值 相比較低 。 超過 800 毫米的完整的阻力 時 ，該模型預測力低于測量力 15 50 N。終 端 （最后） 阻力的誤差為 20%。聚四氟乙烯刮和玻璃板電極 之間的摩擦力 在無谷粒的情況下測定 。這種摩擦力是從測得的阻力 提取 的 。谷物和側面板之間 的摩擦力 對測量的結果 也有影響。這些摩擦力 2D DEM 模型 是 不可測量的或包含 而這可能 是 該模型預測的阻力 較 低的原因 6 。 圖 7 在 鉆機角 為 10 度 和 鏟斗 重量 為 WB = 138.3N時 的典型的 鏟斗拖動 力。 阻力的能量被定義為在 力 位移曲線 下 阻力 的 面積。利用不同的鉆機角和有效的桶重量 WB， 阻力能 e700 至多 到 700 毫米的位移在圖 8中可以 比較。 第 11 頁 共 18 頁 圖 8 不同的鉆機角度 下 斗阻力能 E700 關于 斗的重量 Wb的函數(shù) 第一次觀察，我發(fā)現(xiàn)，對于一個給定的鉆機角 度 ， 增加有效 鏟斗 的重量 ， 所需的 拖 力 能量 呈 線性增加。一個 相 近的調查顯示，在 鏟斗 的 重量 增加 時 ，斗被迫進入材料 更深 ， 這 與 用較少的量桶 相比，導致了較高的阻力 。 第二 次 觀察，可以是 隨著 鉆機角增大，有阻力的能量減少。有效的 鏟斗 的重量 WB 總是 作用在 垂直 向下的方向 （圖 2C） ，因此使鏟斗 進入材料的正常的推力由 WB 與鉆機角度的余弦值的乘積 給定 。 因此， 隨著 在鉆機角的增加，推 動鏟斗進入材料的 正常的力在減少 。 與 使用一個較低的 鉆機 角相比 ， 這導致了阻力 在 減少，從而 阻力 能量 減少 。 DEM 模擬能夠捕捉到 一般 的趨勢，但它預測 的 阻力能量低于測量。預測阻力太低， 這 種情況 的原因是， 由于排除 谷物與玻璃面板之間的摩擦 力。它會，然而，仍然可以使用的模擬結果 對 充填 進行 定量 優(yōu)化。 利用仿真結果可以確定 施加在 鏟斗 的每個部分 （區(qū)域）的 力 有多少 。圖 9鏟斗 分為六部分。該圖表表明， 每一部分的力 占 總阻力的比例。從一開始為 200毫米的位移 （ 25%的總位移）總力作用主要在 邊緣 和 底部區(qū)域 。 隨著 材料開始流入 鏟斗 ，其他部分發(fā)生作用， 首先是 內 曲線 最后 是 前部。小于 5%的力作用在 頂部。這遠小于底 部 （ 30%）。這樣 情況 的原因是， 鏟斗內的材料 相對斗 幾乎不 顯示 運動 而且 在頂部的壓力 僅取決于鏟斗 內的材料的重量 。 而 在底部，壓力是 由斗第 12 頁 共 18 頁 內 材料的 重量 及斗 本身 的重量 組合的重量 確定。 在整個 填充 過程 20 30%的 拖曳力 作用在邊緣 上。這表明， 邊緣 和 斗 齒 的 設計 是很重要的。眾所周知 影響充填因素 中邊緣 /齒 的長度 和 攻擊 的 角度是非常重要的 2 。 圖 9 鉆機角度為 10度時鏟斗阻力的分配 羅蘭 2 利用小米，豌豆和他在 2D試驗臺的玉米 混合物 。填充行為的觀察導致描述 流量特性和模式的物質進入斗 理論的發(fā)展。羅蘭 2 將 這一概念 命名為 剪切帶理論。他觀察到一定的剪切平面（斷裂） 在 不同的物料運動的政權之間形成。這些剪切面改變方向和位置 取決于 初始安裝和在填充的不同階段過程本身。廣義的原理如圖 10 所示。不同的流動區(qū)域，如羅蘭茲 2 命名， 在 圖 上 是不可或缺的。該材料 對斗 的相對運動是由箭頭表示。 第 13 頁 共 18 頁 圖 10 根據(jù)羅蘭茲 2 得出的 剪切帶 理論。 原始材料仍是原狀直到最后的第三 層 的阻力在 推土 ” 發(fā)生 時 。最初的層流流入 鏟斗 中 在 第一第三的阻力 之間 （圖 10a）。加入一定的距離 后 ，該層未在 鏟斗邊緣， 隨后成為固定的 與 斗 相關的 其余的阻力（圖 10B 和 C）。 因為增加的引力援助 在陡峭的阻力角度，材料更加迅速 地 朝后 流動 。這種效應 可以 通過對比 圖5和 6看出。 成為固定的 之后 ，一個新的區(qū)域，主動流區(qū)，發(fā)展 起來了 （圖 10）。在這個區(qū)域，該材料 的 位移 主要是在垂直方向。積極挖掘 區(qū)（主動流 區(qū) ） 位于齒 和 斗邊緣之上 。 當 材料開始進入 鏟斗 和 及 層流層 失敗 尺寸增 加后 這個區(qū) 域 發(fā)展 起來 。在這個區(qū)，原始材料的失敗要么流入 鏟斗 為層流層的部分在第一部分的填充或移動到活動流程區(qū)在后一部分填充。 在 主動流動區(qū) 從 “ 實況 ” 材料造成的 恒載 增加， 并 在最初的層流 層 之上 。在最初的層流層的一些材料失敗并開始形成的恒載的部分（圖 10 ）。在實驗 中 ，當 材料流動 時 ， 可以觀察到 明確的斷裂或剪切線。 隨著 拖動角增大，積極挖掘區(qū)和活躍流區(qū)往往加入到一個連續(xù)的帶。 第 14 頁 共 18 頁 應當指出的是，圖 10 僅僅 顯示 填充 過程的 三個階段，但在現(xiàn)實中 從一個階段到下一個 階段 有一個漸進的轉變。還應注意的 是 這是一個廣義的理論 ， 嘗試使用不同的材料和斗幾何 形狀時 結果 會有變化。在實驗過程中 可以觀察到 兩個明 顯的切變線。一個擴展的尖端 邊緣 上的自由表面。這 被命名 名為切削線。第二 條線是 在 最初的層流與恒載 層之間 ，稱為恒載剪切線。 利用 DEM 和 進一步的 流動區(qū)域 的調查 ， 設計 出 下面的程序 步驟 。 材料流經(jīng) 斗并且每運動 100mm 之后 暫停 ” 。 在 斗 給定了一個進一步的 10 15 毫米位移（ 1 3 粒長度） 之后，然后 每個粒子的位移矢量設置為零。顆粒位移比 PDR 的比率被定義為粒子的絕對位移向量的大小 與 斗的絕對位移矢量的大小 之比 。 然后根據(jù) 顆粒 各自的 PDR 值 上色 。 一個 PDR 等式 意味著 評價 顆粒與鏟斗運動。結 果顯示在圖 11。這實際上是在 一個短周期 的 平均的速度比。 第 15 頁 共 18 頁 圖 11 用鏟斗質點位移比得到的流動區(qū) 由剪切帶理論預測的流動制度 顯示 在圖上。三圖片對應圖 10 給出 的 三幅 圖 。在 100 毫米 位移 之后 ，積極挖掘區(qū)清晰可見 PDR 在 0.40 到 0.65 之間 。最初的層流層 以 PDR0.10 到 0.2 移動到 鏟斗 5。這相當于在圖 10 所示的流 動 區(qū)。 500 毫米后，積極 流區(qū) 的 “V” 形特征可以看到 PDR 在 0.10 到 0.2。雖然 PDR是相對較低的 值 ，位移 主要在 垂直方向。積極挖掘區(qū)仍然 存在于 在 鏟 斗 的后面，最初的層流層開始變得相對固定 對于鏟斗而言 。這是由 PDR 值增加可見 鏟斗 的后面。這 與 圖 10B 顯示 的 流區(qū) 相當吻合 。 在 800 毫米 之后，恒 載荷切變線 的存在 清晰可見。 與 圖 10c 比較 ，活動流程區(qū)和主動挖掘帶不能 從 靜載荷 區(qū)分。這樣做的原因是，在一個 鏟斗位移為 800毫米 時 ，推土作用大，超過其他流動區(qū)域的陰影 區(qū)域 。 就 力和能量要求和周期時間 而言挖掘機鏟斗 的優(yōu)化是非常重要 的 。在一些 應用中， 這將有利于 利用最 少的 能量 填充鏟斗 。在其他的應用，這將有利于 填充鏟斗時盡可能地 快 以 盡可能減少周期時間 1 。探討 填充 率 時 ， 應 從實 驗 被 取用的 不同的填充的階段 圖像，數(shù)字化的輪廓， 及 斗 內材料體積 計算 并 表示為最大鏟斗容積百分比。 最大斗容 0.0146 立方米 定義在圖 2b。利用 DEM 的結果， 按照 同樣的 步驟 然后比較結果。 圖 12顯示了使用三個不同 鉆機角度 的實驗結果。 以 在 鏟斗斗 位移長度 為橫坐標，鏟斗 填充百分比 為縱坐標 作圖。在 挖掘機 行業(yè)，目標是讓 鏟斗 完全填充第 16 頁 共 18 頁 2 3鏟斗 的長度。隨著鉆機 角度由度 增加 度，在 填充的最后階段填充百分比 有輕微的增加。 事實上， 這是由于當材料受到干擾 時 ，它 流動 到鏟斗 更加容易。當鉆機的角度進一步增加 到度時， 然而，填 充 百分比 在 下降。 進一步的研究 調查表明，鉆機角的增加， 鏟斗 到材料 的 位移 減 少。 實驗已經(jīng) 表明，垂直于材料的力表面是 由 有效鏟斗重量與鉆機角余弦值乘積給定 。因此， 隨著 鉆機的角增加，迫使斗挖 掘的 分力 減 小 。當這個分力減小 時 ，斗 穿透 材料的深度減少 并且鏟斗 掘起 較少的材料。 當斗掘起的材料減少時 ，填充 百分比在 減少。 圖 12不同 鉆機 角度 下 鏟斗 填充率 關于 斗位移 的 函數(shù) 實驗和 DEM 填 充 百分比比較是在圖 13 概述。使用 三個不同的鉆機角