作者 : 侯志强、刘晓东、廖昊

模拟平地机运行的一个关键方面就是对平地机叶片与土壤的相互作用进行真实建模，建立基于 EDEM-MotionSolve- Activate 的机电液散联合仿真体系，分析不同施工过程中，工作装置和介质的相互作用规律。而现实世界中的地形因压缩性和粘性的不同而变化很大，这使得模拟过程具有挑战性。

《平地机作业过程仿真分析》的作品中，仿真技术路线是基于EDEM与Altair MotionSolve™、Altair Activate® 的耦合分析，分析了整个平地机作业过程的动力学过程，作品中的内容涉及离散元、多体动力学、一维系统等多个学科耦合等仿真技术。通过仿真，准确地模拟平地机作业过程的姿态调整、平地机作业过程与颗粒的相互作用、作业过程液压助动器的载荷、作业过程各个部件的动态载荷，实现了对整个系统的动力学响应和稳定性分析。

徐工是世界上最大的工程机械公司之一，一直在基于 EDEM 仿真软件中，对其平地机的设计和性能进行评估和优化。模拟平地机运行的一个关键方面是对平地机叶片与土壤的相互作用进行真实建模。现实世界中的地形因压缩性和粘性的不同而变化很大，使得这种模拟具有挑战性。

>> 建立包含机构系统、液压系统、离散元系统的多学科模型；

>> 仿真分析能实现实时耦合； 

>> 准确模拟平地机姿态调整、铲刀与颗粒的相互作用。

使用EDEM进行作业物料建模，借由  MotionSolve 处理机械系统的多体动力学建模，并结合 Activate 液压控制系统建模。

多体动力学模型

动力学系统

• 定义各部件之间铰接关系

• 定义目标驱动曲线

液压控制模型

液压控制模型

• 在 Activate 中建立液压控制模型 

• 四个液压控制系统分别控制左右中后四个液压缸

Activate控制模型

• 在 Activate 中与 MotionSolve 进行多体和液压联合仿真调试； 

• 导出液压控制 FMU

离散元模型

• 在 EDEM 中建立离散元模型 

• 导入刮刀几何模型

多学科联合建模

• 在 MotionSolve 中添加液压系统 FMU，用于控制平地机整体姿态行为 

• 在EDEM中打开联合仿真按钮，用于接收MotionSolve 信号 

• 在 MotionSolve 中添加 EDEM 联合仿真接口

液压缸载荷历程曲线

根据实际作业工况反馈出4个液压缸的工作载荷

刮刀作业载荷历程曲线

根据刮刀和颗粒的相互作用得到刮刀作业过程的载荷历程

系统作业过程各部件载荷

•整个系统模型可以分析实际作业工况各部件的动态载荷 

•可用于部件的强度分析和疲劳分析

作业过程颗粒仿真结果

颗粒仿真结果可以反馈作业质量和平地效果

作业过程颗粒对刮刀的载荷可分析刮刀的强度和磨损状况

提取铲斗挖沟作业过程中铲斗受力情况

左右升降油缸2个液压缸工作载荷

•可真实模拟铲刀作业过程中与物料的相互作用；

•根据铲斗及工作装置铰点受力来优化结构形式；

•根据工作载荷匹配液压系统；

•研究铲刀作业过程中物料的动态变化，提升作业效率；

•减少试验次数，缩短研发周期。