针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力。在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响。研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据。

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。

针对正铲挖掘机液压系统与工作装置负载的性能匹配问题,提出了多学科协同仿真方法,并应用于整机系统的性能仿真研究。为准确模拟挖掘机工作过程中各子系统的性能参数变化,基于多刚体动力学软件ADAMS建立了工作装置的机构仿真模型,并利用离散元仿真软件EDEM模拟了挖掘机不同进给深度的实际挖掘负载;然后,根据液压系统原理及控制方式,以AMESim为主仿真平台,建立了复合控制泵模型;最后,构建了全系统机液协同仿真模型。分别对液压系统工作过程中液压泵和各液压缸的性能参数进行了仿真验证,并模拟了不同挖掘负载对液压系统性能参数的影响变化。研究结果表明,该协同仿真方法能够用于对复杂系统进行准确、有效地建模,并验证了所设计的液压系统在多变负载工况下性能匹配参数的合理性。