随着现代机械制造技术的不断进步，仿真分析在工程设计及优化中发挥着越来越重要的作用。斗轮挖掘机作为一种广泛应用于建筑、道路施工和采矿等领域的土方机械，其性能和行为的有效预测和优化显得尤为重要。
传统的机械设计方法存在着耗时、耗资大以及效率低下等问题。而仿真分析能够通过计算机模拟来预测机械的性能和行为，从而在设计阶段就能发现潜在问题并进行优化，大大降低设计成本，提高生产效率。
在本次研究中，我们采用了离散元方法（DEM）来建立煤岩模型，并模拟斗轮挖掘机的挖煤过程，以优化其工作效率。
为了准确模拟煤岩颗粒在剪切过程中的行为，我们对煤岩模型进行了细致的标定。这一步骤是斗轮挖掘机仿真优化的基础。在标定过程中，我们采用了Bonding V2模型来模拟煤岩颗粒，该模型能够模拟更真实的煤层破碎和复杂的颗粒形状，并且可以根据需求自定义连接参数。
借助EDEM中的校准工具Calibration Kits联合HyperStudy，我们能够更快速、更准确地完成标定工作。在基础标定实验中，我们采用了抗压实验、抗拉实验和直剪实验等方法，获取了煤岩颗粒的抗压强度、抗拉强度和剪切强度等关键参数。
在直剪实验过程的仿真中，我们采用了斗齿切割实验，通过万能拉压试验机推动斗齿切割煤岩，对比分析切割阻力、挖除体积和切屑最大尺寸等数据。仿真结果与实验结果吻合良好。
基于标定好的煤岩模型，我们对斗轮挖掘机的挖煤过程进行了模拟。通过模拟，我们能够分析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、挖掘阻力等数据，准确预测煤岩层的形态，从而优化斗轮挖掘机的工作效率。
在模拟过程中，我们特别关注了煤岩粒度对斗轮挖掘机工作效率的影响。如果煤岩颗粒过大或过小，都会对挖掘机的挖掘效率和装载量产生影响。我们还计算了装载量和容积利用率，这两个指标直接反映了设备的效率。通过监测挖掘阻力，我们可以调整斗轮挖掘机的工作方式，以降低能耗。
基于仿真结果，我们对铲斗的设计方案进行了优化，确定了多个关键参数，如参与切割的斗齿个数、斗唇的倾斜角度、斗齿的工作前角和扭转角度等。在确定最终铲斗方案后，我们还模拟了不同回转挖掘位置时的斗轮挖煤过程。
斗轮挖掘机的优化是一个综合性的过程。我们需要通过标定煤岩模型和监测一系列数据来优化挖掘机的设计方案和工作效率。通过这一优化过程，我们可以提高斗轮挖掘机的采煤效率和工作效率，实现更高效、更可靠的采煤作业。
