技术特征：
1.一种掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：在掘锚一体机上设置多个三向加速度测点，并得到测点的实测加速度数据；步骤s2：确定截割滚筒的载荷信息，获得掘锚一体机一个工作循环内的工作载荷谱；步骤s3：建立整机多体动力学模型，结合运行参数和工作载荷谱作为激励进行动力学仿真，并将测点的实测加速度数据与对应测点的加速度仿真数据进行标定，得到目标整机系统动力学模型；步骤s4：建立单个关键部件有限元模型，在目标整机系统动力学模型的仿真结果中提取该关键部件在一个工作循环的边界载荷作为边界条件，进行结构强度有限元仿真，获得该关键部件在一个工作循环内各个工况的应力状态。2.根据权利要求1所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述步骤s2中，一个工作循环包括掏槽工况、下拉工况、拉底工况和举升工况，将四个工况下的载荷信息汇总整理成一个工作循环内的工作载荷谱；其中拉底工况和举升工况截割滚筒载荷忽略不计，而掏槽工况和下拉工况截割滚筒载荷计算如下：掏槽工况下，截割滚筒的载荷为：下拉工况下，截割滚筒的载荷为：其中，n
c
为截割滚筒上总截齿数，f
i
为第i个截齿承载的合力，f
i_m
为截割扭矩在第i个截齿上的作用力分量，f
i_t
为掏槽油缸推力在第i个截齿上的作用力分量，f
i_u
为举升油缸拉力在第i个截齿上的作用力分量。3.根据权利要求2所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，其中f
i_m
、f
i_t
和f
i_u
计算方式如下：计算方式如下：
其中：m
d
为截割滚筒的截割扭矩，i
d
为实测的截割电机电流，n
d
为实测的截割滚筒转速，η为减速机效率，u为整机电器系统电压；r为截割滚筒半径，s
t
为掏槽油缸实时行程，即滚筒截割的截割深度；f
t
为掏槽油缸推力，f
u
为举升油缸拉力，β为举升油缸与水平面的实时夹角，l
b
为举升油缸上铰点距大臂下铰点距离，l为大臂长度，g
j
为截割滚筒总成重量，s
j
为举升油缸实时行程。4.根据权利要求1所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述步骤s3具体如下：步骤s3.1：依据整机拓扑关系图，对整机系统参数、运行参数和工作载荷谱进行整理；步骤s3.2：基于整机系统参数和三维模型建立整机多体动力学模型，基于运行参数和工作载荷谱建立动力学模型驱动文件；将整机多体动力学模型和动力学模型驱动文件进行组合得到整机系统动力学模型；步骤s3.3：基于实测加速度数据，对整机系统动力学模型的对应测点加速度仿真数据进行标定；若标定结果满足要求，则认为整机系统动力学模型为目标整机系统动力学模型。5.根据权利要求4所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述整机系统参数包括设备基本参数和工作装置中的截齿数、截割滚筒半径、截割大臂长度、各子部件质量属性及转动惯量参数；运行参数包括各油缸控制参数、截割减速机参数和截割减速比参数；工作载荷谱包括截割滚筒扭矩、掏槽油缸实时行程、掏槽油缸实时压力、举升油缸实时压力、举升油缸实时行程和举升油缸与水平面间的实时夹角。6.根据权利要求4所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，整机多体动力学模型为整机多刚体动力学模型，整机多刚体动力学模型包括工作装置、行走装置及子系统附件；工作装置包括截割滚筒、截割大臂、滑移架、导轨、举升油缸和掏槽油缸，且工作装置中的各部件均赋予真实的质量属性和转动惯量；行走装置包括底盘机构，且赋予真实的质量属性和转动惯量；子系统附件包括走台平台、刮板运输机构、推铲机构、液压侧平台和电器侧平台，且子系统附件中各附件均赋予真实的质量属性和转动惯量。7.根据权利要求4所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述步骤s3.3中标定过程如下：步骤s3.3.1：对一个工作循环内测点的实测加速度数据进行滤波处理，得到一个工作循环平顺的加速度曲线，设定工作循环内掏槽工况、下拉工况、拉底工况和举升工况下测点在x、y、z三向实测加速度值作为目标值；步骤s3.3.2：选取设计变量，对整机系统动力学模型完成一个完整的工作循环的仿真；
其中，以仿真结果中测点的加速度仿真值与目标值误差最小为目标函数，进行优化设计，在设计变量的设定范围内寻找最优参数值；步骤s3.3.3：计算出加速度仿真值相应对各设计变量的导数，筛选出步骤s3.3.2的优化过程中对加速度仿真值最敏感的变量，记为敏感设计变量，以敏感设计变量为后续处理的参数；步骤s3.3.4：采用hammersley抽样方法，在每个敏感设计变量的设计范围内进行随机抽样，并进行仿真计算，从仿真结果中提取测点的加速度仿真数据，得到一个完整的工作循环的加速度曲线；步骤s3.3.5：从步骤s3.3.4的基础上，提取掏槽工况、下拉工况、拉底工况和举升工况下测点在x、y、z三向的加速度仿真值，将加速度仿真值与步骤s3.3.1中的目标值进行对比，得到加速度仿真数据与实测加速度数据间的误差值；步骤s3.3.6：取满足误差值小于10％的敏感设计变量的参数值为最终参数值，以最终参数值下的模型为目标整机系统动力学模型，得到最终整机多体动力学仿真结果。8.根据权利要求7所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述步骤s3.3.3中根据下式筛选出敏感设计变量：s3.3.3中根据下式筛选出敏感设计变量：其中，a
s_l
为在设计变量下整机系统多体动力学仿真结果中测点的加速度仿真值，其中l为测点加速度标号；k
j
表示下标为j的刚度设计变量，c
j
表示下标为j的阻尼设计变量。9.根据权利要求1所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述步骤s4中，关键部件包括截割滚筒机架、截割大臂、滑移架、导轨及连接螺栓。10.根据权利要求1所述的掘锚一体机动力学建模及仿真方法，其特征在于，所述测点的个数为三个，分别设置于截割大臂、截割滚筒机架和滑移架上。
技术总结
本发明提供了一种掘锚一体机动力学建模及仿真方法，包括：在掘锚一体机上设置多个三向加速度测点，并得到测点的实测加速度数据；确定截割滚筒的载荷信息，获得掘锚一体机一个工作循环内的工作载荷谱；建立整机多体动力学模型，结合运行参数和工作载荷谱作为激励进行动力学仿真，并将测点的实测加速度数据与对应测点的加速度仿真数据进行标定，得到目标整机系统动力学模型；建立单个关键部件有限元模型，在目标整机系统动力学模型的仿真结果中提取该关键部件在一个工作循环的边界载荷作为边界条件，进行结构强度有限元仿真，获得该关键部件在一个工作循环内各个工况的应力状态。解决了关键部件设计缺乏理论依据，设计成品适应性差的问题。应性差的问题。应性差的问题。
技术研发人员：刘飞香 廖金军 张廷寿 杨少楠 吴震 何二春 张彦
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2021/11/23