建筑和采矿设备的设计—借助散料模拟缩短设计周期和优化设备性能
时间:2018-02-07 13:40:13  作者:

建筑和采矿设备设计面临的挑战

重型机器制造商们面临着很多挑战,为了市场需求和保持具有竞争性,他们需要持续不断地提高机械的性能、效率以及可靠性,同时也需要不断推陈出新以此保证产品的创新。这就意味着缩短设计周期和占领先机是非常重要。

机械必须能够保证在恶劣环境和极端天气条件下完好运行,这加剧了建筑和采矿设备的设计难度。滑移装载机、挖掘机、挖掘装载机或者卡车机身都要求可以处理各种形状或状态的散体物料,这些物料包括来自大型采石场的岩石、粘性土以及磨矿和流体颗粒等。这些物料以及物料与机械之间的相互作用都会对设备性能产生一定的影响。


例如,挖掘机挖通一堆石头比挖通一堆干沙子需要一个更坚固的铲斗。设计者还必须考虑到由于装载而引起的铲斗臂上的不同变形。铲斗的磨损程度也可能因物料是砂石或是软土而有所不同。

卡车车身需要快速装卸物料且在没有溢出的情况下,提高效率、降低油耗。粘性物料在被卸载过程中可能附着在卡车车身上,或者磨料可能导致卡车高磨损。


当设计挖掘转移溜槽和输送系统时,系统的耐久性和可靠性是至关重要的,物料堵塞溜槽或造成的过度磨损都将导致工作停滞直到溜槽被清洗干净或修复。


了解散体物料在机器中运动状态对于保证机器高效运作是非常重要的。制造企业需要定制化的解决方案和自信,机器能够在不同操作条件下正常运作。

然而,预测散粒体物料的运动状态是比较困难的,因为像沙子、砾石、土壤、岩石、矿石这些的散粒体物料具有不同属性的。对预先物料运动状态进行假设是具有挑战性的,甚至可能会导致严重损失。物理测试是耗费财力和时间的,并且只能限制在特定数量的物料或者运动上。是否有更好的选择呢?

在设计工程中使用仿真

计算机辅助工程(CAE)诸如有限元分析(FEA)和多体动力学(MBD)都是经常被用到的在设计过程中为了进行设备设计的虚拟测试。然而,这些技术方法都是针对机械设计而不包括物料本身特性。

这是散粒体物料模拟和离散元建模(DEM)发挥作用的地方。DEM是一种用于模拟散粒体物料的离散行为的一种颗粒尺度数值方法。DEM可以帮助工程师对物料在不同操作条件下如何与机械进行相互作用方面有深入了解。

类似EDEM这种的DEM软件,可以用于建筑和采矿设备如自动倾卸卡车、挖掘机、装载机和推土机的设计、性能分析和优化。



EDEM可以与其他多种CAE工具进行耦合对设备进行多体动力学(MBD)分析和有限元分析。MBD可以将复杂运动和器械力反馈在设备设计与分析阶段包含其中。

利用EDEM散粒体物料仿真技术给原始设备制造商(OEM)带来许多好处:
  • 了解不同物料对设计的影响;
  • 对不同性质的物料进行广泛的虚拟试验设计;
  • 在相同的条件下执行虚拟重复测试-;
  • 预测散粒体物料的运动状态:识别堵塞、溢出和易磨损区域的风险;
  • 提高设备的可靠性并设计日常维护手册;
  • 深入了解设备与物料的相互作用;



这将使人们相信设计在实际情况下按计划执行,并带来最佳的优化设计—提高耐久性和性能,降低燃料消耗和增加有效载荷能力。

EDEM可以与FEA和MBD工具一起使用,由于添加了散粒体物料的实际荷载,使工程师能够进行广泛假设分析,提高设计精度和性能。

添加EDEM工程工具包可以帮助工程师缩短设计周期,降低产品开发时间和成本,减少物理样机的必要和成本以及驱动产品创新。

了解更多关于EDEM在建筑和采矿设备设计中的仿真应用,可下载EDEM仿真应用案例小结-建筑与采矿设备专题详细了解。