基于EDEM的掘进机后支撑腿振动造型模拟研究.pdf

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1、第29卷第1期安徽工程大学学报Vo1．29．NO．12014年3月JournalofAnhuiPolytechnicUniversityMar．，2014文章编号：16722—477(2014)01—0044—04基于EDEM的掘进机后支撑腿振动造型模拟研究王成军h，何涛，韩董董，陈蕾，李龙(1．安徽理工大学矿业工程博士后流动站，安徽淮南232001；2．安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232001)摘要：为了研究掘进机后支撑腿的消失模铸造成型工艺，运用EDEM软件模拟EPC成型工艺中的振动造型过程，获取振动自由度对振动造型中干砂充填效果的影响规律．模拟结

2、果表明：3自由度(DOF)振动的充填效果最好，2DOF自由度次之，1DOF最差；2DOF振动中又以YZ向最好，XY向最差；1DOF振动中又以Y向振动效果最好，X向次之，Z向最差．采用三维离散元法对振动造型过程进行模拟仿真研究，可快速优化干砂充填的过程，缩短产品开发周期，降低研发成本．关键词：掘进机；后支撑腿；消失模铸造；振动造型；EDEM中图分类号：TG249．6文献标识码：A掘进机后支撑腿可防止和缓解履带的接地比压偏移及机体的侧向滑动，对提高掘进机的稳定性有着重大作用[1]．由于后支撑腿结构较为复杂，难以采用普通铸造成型，目前多采用焊接成型，但焊接难度大，

3、且易变形．消失模铸造(EPC)具有精度高，无污染，无砂芯等特点，特别适合铸造内腔复杂的铸件[3]，因此可采用EPC法替代后支撑腿的焊接成型工艺．振动造型是EPC工艺中的关键技术，振动造型过程中的干砂充填是一个复杂的散粒体动力学过程]，振动台将振动产生的能量传递给砂箱和模样进而传递给砂群，砂群因获得能量而流态化，而砂箱和砂粒之间，砂粒和模样之间及砂粒与砂粒之间的能量传递是通过接触碰撞来完成的，因此传统的分析过程中忽略砂粒间的相互作用以简化分析过程，难以反映砂群运动的真实性[6]．本文采用三维离散元法，在考虑接触影响的前提下，模拟不同振动方向下的干砂充填运动规律

4、．1三维离散元法离散元法(DEM)是一种计算散体物料行为的数值方法嘲．EDEM是第一个使用先进的离散元技术进行颗粒系统仿真计算的软件．传统的干砂充填分析方法仅仅局限在对竖直或水平放置的EPS模样的简单孔进行分析，而基于三维离散元法的工程应用软件EDEM可对不同姿态的复杂孔进行分析，同时EDEM软件还基于软球接触模型考虑了砂粒间的相互作用对砂群运动的影响，这种分析方法能有效提高对干砂充填运动数值计算的准确性．EDEM的软球接触模型如图1所示．模型将颗粒间的相互作用分解为法向力、切向力和滚动摩擦力矩，在上述因素的共同影响下，颗粒的运动状态发生改变r9]．通过接触

5、力学分析可得两颗粒之间的相互作用力和力矩[10]如式(1)～(4)所示．F：==F=一点一CnYn，(1)F一F：=FJ—k,3一cV，一F，(2)MI“=LF，(3)’—M：一一是，一CrW一F，(4)精，^^^^◆舰鲁审凇怫÷+鄹叻瑚啊--t卜式中：F为力，M为力矩，k为刚度，为重叠量，C为阻尼系数，为相图1软球接触模型对速度，为摩擦系数，0为扭转变形，W为角速度，L为质心至接触点收稿日期：2013-10—28基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51205003)，安徽省高校省级自然科学研究重点基金资助项目(KJ2012Ao89)作者简介：王

6、成军(1978一)，男，江苏涟水人，副教授，在站博士后．第1期王成军，等：基于EDEM的掘进机后支撑腿振动造型模拟研究距离，11为法向，t为切向，r为滚动。为滑动，i为第i个颗粒，J为第j=个颗粒．2模拟实验干砂充填过程与振动频率、振动时间、振幅、砂子粒径、砂子材料特性及加砂方式等因素有关，本文运用EDEM来模拟干砂充填过程，通过统计干砂充填的数目来研究振动方向对干砂充填运动的影响规律．2．1模拟实验装置模拟实验装置如图2所示，运用三维建模软件建立砂箱和掘进机后支撑腿模型(即模样)，将模型导入EDEM软件中，调整模型位置使填充腔I在系统坐标系中沿YZ方向布置

7、，即使砂箱开口方向与EDEM中Z坐标轴同向，长度方向向左与y轴同向，宽度方向垂直纸面向外与x轴同向，并进行运动参数设定，在砂箱内顶面设置一虚拟的颗粒工厂用于产生模拟实验的砂子．图2模拟实验装置2．2模拟实验参数结合现有的实验结论⋯。及EDEM数值仿真方法的特点，确定实验参数如表1、表2、表3所示．表l几何及振动参数2．3模拟实验过程掘进机后支撑腿振动造型的干砂充填过程如图3所示．振动造型开始时，采用雨淋式加砂0．5S．不施加振动，干砂在重力作用下自砂箱顶部的虚拟颗粒工厂向砂箱底部运动．并充填掘进机后支撑腿的周边空隙(见图3a)；加砂结束后，干砂已基本充填了后

8、支撑腿的所有周边间隙，此时开启振动，对砂箱和掘进机后