(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111612416.5 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 山河智能装备股份有限公司 地址 410000 湖南省长 沙市长沙经济技 术 开发区凉塘东路13 35号 (72)发明人 张乐涛　朱建新　刘强　程思凯　 吴正阳　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 李泽艳 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种挖掘机载荷谱编制方法及系统 (57)摘要 本发明公开一种挖掘机载荷谱编制方法及 系统， 包括： 通过虚拟建模软件对挖掘机整机进 行建模并获得动力学模型； 通过离散元建模软件 对作业土壤进行建模并获得离散元模 型； 对动力 学模型和离散元模型进行作业联合仿真， 并通过 耦合计算获得动力学模型上的目标部位的初始 载荷谱； 将初始载荷谱导入有限元分析软件中进 行应变分析并获得关于目标部位的初始应变； 在 挖掘机实体上与 目标部位的对应位置处粘贴应 变片， 并获得挖掘机实际作业后关于目标部位的 实际应变； 根据初始应变与实际应变的区别对动 力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调 整； 输出末次调整后的动力学模 型上的目标部位 的载荷谱。 本发 明能够提高载荷谱的提取精度和 准确性， 降低提取成本 。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114330058 A 2022.04.12 CN 114330058 A 1.一种挖掘机载荷谱编制方法， 其特 征在于， 包括： 通过虚拟建模软件 对挖掘机整机进行建模并获得动力学模型； 通过离散元建模软件 对作业土壤进行建模并获得离 散元模型； 对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真， 并通过耦合计算获得动力学模型上的 目标部位的初始载荷谱； 将初始载荷谱导入有限元分析 软件中进行应 变分析并获得关于目标部位的初始应 变； 在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片， 并获得挖掘机实际作业后关于 目标部位的实际应 变； 根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调 整， 再基于调整后的动力学模型和离散元模型继续进行作业联合仿真， 直至有限元分析软 件的应变分析结果与实际应 变趋于一致； 输出末次调整后的动力学模型 上的目标部位的载荷谱。 2.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 在对动力学模型和离散 元模型进行作业联合仿真之前， 还 包括： 编写虚拟建模软件与离 散元建模软件进行耦合计算的接口程序文件。 3.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 在挖掘机实体上与目标 部位的对应位置处粘贴应 变片， 具体包括： 根据初始应 变中的应力集中或应力过渡区域筛 选目标部位的贴片位置； 再在贴片位置上粘贴应 变片； 其中， 在粘贴应 变片时： 根据贴片位置的形状参数确定应变片的粘贴数量， 并根据贴片位置的应力 变化趋势确 定应变片的粘贴方向。 4.根据权利要求3所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 在筛选出贴片位置之 后， 且在粘贴应 变片之前， 还 包括： 对贴片位置进行表面处 理。 5.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 获得挖掘机实际作业后 关于目标部位的实际应 变， 具体包括： 将挖掘机实体分别对不同组分的作业土壤进行挖掘作业， 并获得多个关于目标部位的 应变片的应 变数据； 对多个应变数据进行综合处 理并获得均值作为实际应 变。 6.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 根据初始应变与实际应 变的区别对动力学模型和/或离 散元模型的建模参数进行调整， 具体包括： 对比初始应 变与实际应 变， 并筛选出其中差值大于预设阈值的各个显著差异数据； 判断各个显著差异数据分别对应的时间段内， 挖掘机的作业状态属于土壤内工况还是 土壤外工况， 若均属于土壤内工况， 则仅对离散元模型的建模参数进 行调整； 若均属于土壤 外工况， 则仅对动力学模型的建模参数进 行调整； 若分别属于土壤内工况和土壤外工况， 则 同时对动力学模型和离 散元模型的建模参数进行调整。 7.根据权利要求6所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 对动力学模型的建模参 数进行调整， 具体包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114330058 A 2在挖掘机实体作业 时记录动力 部件的实际位移参数， 并据此对动力学模型的初始位移 参数和/或初始姿态参数进行 更新。 8.根据权利要求6所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 对离散元模型的建模参 数进行调整， 具体包括： 对离散元模型的土壤颗粒密度参数和/或颗粒间粘性力参数进行 更新。 9.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法， 其特征在于， 对动力学模型和/或离 散元模型的建模参数进行调整时， 根据初始应变与实际应变的数据差值幅度对目标调整参 数进行多次细化的阶梯数值 修正。 10.一种挖掘机载荷谱编制系统， 其特 征在于， 包括： 第一建模 模块， 用于通过虚拟建模软件 对挖掘机整机进行建模并获得动力学模型； 第二建模 模块， 用于通过离 散元建模软件 对作业土壤进行建模并获得离 散元模型； 联合仿真模块， 用于对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真， 并通过耦合计算 获得动力学模型 上的目标部位的初始载荷谱； 应变分析模块， 用于将初始载荷谱导入有限元分析软件中进行应变分析并获得关于目 标部位的初始应 变； 应变测试模块， 用于在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片， 并获得挖 掘机实际作业后关于目标部位的实际应 变； 参数调整模块， 用于根据初始应变与实 际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型 的建模参数进行调整， 再基于调整后的动力学模型和离散元模型继续进行作业联合仿真， 直至有限元分析 软件的应 变分析结果与实际应 变趋于一致； 载荷谱编制模块， 用于 输出末次调整后的动力学模型 上的目标部位的载荷谱。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114330058 A 3