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料体积的误差控制在20%和6%之内[5]。可见，Coetzee对装载机铲斗的离散元仿真进行了大量的研究工作，但对于装载阻力的分析，误差仍较大。Nezami[6]以CAT980G型装载机的铲斗为原型，对铲斗和土石的相互作用过程进行了离散元仿真，验证颗粒形状及大小对仿真结果准确性的影响。图2为该型装载机铲斗挖掘过程的离散元仿真图，依次为可视化的铲斗水平插入物料堆、装满物料、

向上提升等工作过程。利用离散元法对装载机铲斗的挖掘过程进行仿真，可以提取铲斗所受载荷以及铲斗运动规律，为铲斗的设计提供有效途径，但颗粒模型的准确性直接影响仿真结果，目前仍需通过试验手段反复校核。２．２

在拉铲挖掘机铲斗设计中的应用

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在露天采矿过程中，必须将地表层移除，然后开采地表层以下的矿石，由于拉铲挖掘机具有工作效率高等诸多优点，目前使用较为广泛。拉铲挖掘机具有鹤式结构，并配备有钢索悬挂的铲斗。

在拉铲挖掘机铲斗离散元仿真的研究中，Cleary针对颗粒模型的建立展开了大量的研究工作，其研究历程与成果如表2所示，通过对仿真颗粒模型的不断修正与完善，使得仿真结果越来越准确，图3为其对拉铲挖掘机铲斗挖掘过程的仿真图[16]。Coetzee在2010年对拉铲挖掘机进行数值仿真，通过与实际运作的机器进行对比，验证了离散元法能够较准确地预测铲斗的运动轨迹，对于前1/3阶段铲斗所受载荷，也能较准确地预测[17]。

利用离散元法对拉铲挖掘机进行仿真，主要控制的建模参数为颗粒的刚度、摩擦系数以及颗粒形状和大小的分布。目前仿真结果与实际情况仍存在一定的差异，因此有待于进一步改善建模方法及参数。

通过离散元仿真，能够计算挖掘过程中颗粒的运动状况，分析作用于铲斗边界上的力，建立铲斗质心与铲斗转角的关系，从而利于分析铲斗的力矩以及斗齿和斗壁的磨损问题。２．３

在矿用挖掘机铲斗设计中的应用

同一规格的矿用挖掘机，针对不同物理特性的被挖掘物料，所选配的铲斗容量大小是不同的。本课题组利用离散元法分别对矿用挖掘机的不同种类岩石挖掘过程进行模拟，提取挖掘不同种类岩石工况下，铲斗所受载荷以及铲斗内物料的填充信息，并进行对比。