机械式矿用挖掘机具有斗容量大、生产效率高、工作性能稳定等特点,是大型露天矿开采的关键设备。斗齿是挖掘机上的重要部件,安装在铲斗的最前端,在挖掘过程中直接和岩石、矿石、沙土等物料接触,磨损十分严重,消耗量巨大。目前,从斗齿材料、热处理方式、制造工艺等方面提高斗齿耐磨性的研究工作比较多,而且取得了一定的成果,但从改进斗齿形状提高耐磨性的研究相对较少,还停留于实践和感知认识阶段,缺乏深入的理论研究。逐渐形成的“斗齿越厚越耐磨”的观点无形之中增加了制造成本。因此,有必要对斗齿进行磨损分析,并通过改进斗齿结构提高其耐磨性。课题得到了国家高技术研究发展计划(863计划)项目“75m3大型露天矿用挖掘机研制”(NO.2012AA062001)的资助。本文对WK-75型矿用挖掘机斗齿磨损问题进行了研究,主要研究内容如下:首先,在查阅大量国内外相关文献的基础上,综述了斗齿的国内外研究现状和离散单元法在铲斗设计上的应用,提出了借助离散单元法对斗齿的磨损进行分析的研究思路。其次,基于UG软件建立了斗齿的三维参数化模型,分析了挖掘过程中斗齿的受力情况,探究了斗齿在不同工况下的磨损机理,修正了高冲击工况下斗齿的磨损模型。然后,对机械式矿用挖掘机的工作装置运动原理进行了分析,得到了在挖掘阻力最小情况下的理想挖掘轨迹,并对该轨迹用三个方向的匀变速运动进行了拟合,拟合后的轨迹与理想轨迹之间的最大误差为3%,证明了拟合的可行性,能够为后续在EDEM软件中进行磨损仿真分析提供运动参数。最后,基于EDEM软件建立了挖掘物料过程中斗齿的磨损仿真模型,对比分析了铲斗主要部分受力情况、接触能量和磨损深度值,证明了斗齿是铲斗上受力最大、磨损最严重的部件,与实际情况相符,验证了仿真模型的正确性。对斗齿进行磨损分析,得到了斗齿磨损的分布情况以及斗齿的接触能量、磨损深度、磨损速率随时间变化规律。在此基础上,分析了物料性能和斗齿结构参数对斗齿磨损量的影响,改进了斗齿结构,改进后斗齿的平均磨损深度由2.8μm变为1.35μm,斗齿受力的最大值由2.4×106N变为1.6×106N。本文的研究工作为斗齿的结构设计提供了参考,并对提高大型矿用挖掘机整体的生产效率和经济性能具有一定的意义。