随着现代机械制造技术的不断发展，仿真分析在工程设计及优化中扮演着越来越重要的角色。斗轮挖掘机作为一种常见的土方机械，具有广泛的应用场景，如建筑、道路施工、采矿等。

然而，传统设计存在耗时、耗资、效率低等问题，而仿真分析则可以通过计算机模拟来预测机械的性能和行为，从而在设计阶段尽早发现问题并进行优化，降低设计成本，提高生产效率。

本研究使用离散元方法（DEM）建立煤岩模型，模拟斗轮挖煤过程，确定铲斗设计方案，从而优化斗轮挖掘机的工作效率。

煤岩建模及标定

为了准确模拟煤岩颗粒在剪切破坏过程中的行为，需要对煤岩模型进行标定。煤岩模型的标定是斗轮挖掘机仿真优化的基础。

使用Bonding V2模型对煤岩颗粒进行模拟，煤岩颗粒与颗粒间通过Bonding键连接组成，可以模拟出更真实的煤层破碎和复杂的颗粒形状，并根据需求自定义连接参数。

使用EDEM中的校准工具Calibration Kits联合HyperStudy，能够实现更快速、更准确的标定。在基础标定实验中，采用抗压实验、抗拉实验和直剪实验等方法，获得煤岩颗粒的抗压强度、抗拉强度和剪切强度等参数。

直剪实验过程仿真煤岩切割实验则采用斗齿切割实验，实验采用万能拉压试验机推动斗齿切割煤岩试验，对比分析切割阻力、挖除体积和切屑最大尺寸等数据，仿真值与试验值吻合。

模拟斗轮挖掘机挖煤过程

基于标定好的煤岩模型，分析斗轮挖煤后的煤岩粒度分布，铲斗及环形腔的装载量及容积利用率，挖掘阻力等，准确预测煤岩层的破坏形态，优化斗轮挖掘机的工作效率。

煤岩粒度
煤岩粒度是影响斗轮挖掘机工作效率的关键因素之一。如果煤岩颗粒过大或过小，都会影响斗轮挖掘机的挖掘效率和装载量。

装载量和容积利用率

铲斗及环形腔装载量及容积利用率直接反映了设备的效率，可以通过监测装载量和容积利用率，调整铲斗的设计方案，提高斗轮挖掘机的装载效率。

挖掘阻力

挖掘阻力则反映了其能耗，通过监测挖掘阻力，可以调整斗轮挖掘机的工作方式，减少能耗。

斗体设计

基于斗轮挖煤过程的仿真结果，优化铲斗设计方案，确定多个关键参数，包括：参与切割斗齿个数，斗唇的倾斜角度，斗齿的工作前角，斗齿的扭转角度等。在确定最终铲斗方案后，模拟不同回转挖掘位置时斗轮挖煤过程，通常包括：轮斗受料臂回转取料方向，回转角度等。

斗轮挖掘机的优化是一个综合性的过程，需要通过标定煤岩模型和监测一系列数据，来优化斗轮挖掘机的设计方案和工作效率。通过优化斗轮挖掘机的设计方案和工作效率，可以提高其采煤效率和工作效率，实现更加高效和可靠的采煤作业。