挖掘机动臂结构轻量化设计的研究.pdf

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1、第55卷第9期V01．55No．9农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERING2017年9月September2017doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2017．09．018挖掘机动臂结构轻量化设计的研究姜利光1，褚加瑞2，刘鹏程1(1．200093上海市上海理工大学机械工程学院；2．132012吉林省吉林市东北电力大学机械工程学院)[摘要]以某小型6t反铲液压挖掘机的动臂结构为研究对象，针对挖掘机工作装置结构轻量化设计中的不足，将考虑耐久性的动臂轻量化设计方法应用到某型液压挖掘机动臂结构的设计

2、中，最终得到了新的动臂结构。结果表明优化后的动臂结构质量减小21．7％。且结构刚度和强度符合作业要求。[关键词]液压挖掘机；动臂结构；轻量化设计；耐久性[中图分类号]TU621[文献标志码]B[文章编号]1673—3142(2017)09-0079—06ResearchonLightweightDesignofExcavatorBoomStructureJiangLiguan91，ChuJiarui2，LiuPengchen91(1．SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnol

3、ogy，Shanghai200093，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，NortheastElectricPowerUniversity，JilinCity，JilinProvince132012，China)[Abstract]Theboomofasmall6tbackhoehydraulicexcavatorisstudied．Aimingatthedeficiencyofthelightweightdesignofexcavator’Sworkingdevice，thelightweigIltdesignmethodwith

4、considerationofthedurabilityisappliedtothestructuredesignofanexcavatorboomandanewboomstructureisachieved．Theresultsshowthattheweightoftheboomisreducedby21．7％aftertheoptimization，andthestiffnessandstrengthofthestructurearecheckedandmeettherequirements．[Keywords]hydraulicexcavator；boomstruc

5、ture；lightweightdesign；durability0引言液压挖掘机是当前各种土石方施工中应用最为广泛的工程机械之一，如果设计制造的不合理，就会影响挖掘机的整机性能。其中，动臂作为工作装置中的主要承载结构．其重量占据了工作装置总重量的2／3左右。动臂结构的笨重严重影响着挖掘效率及稳定性，所以对动臂结构进行轻量化设计研究具有重要意义。另外，挖掘机的作业条件较为恶劣，常导致轻量化后的动臂结构出现疲劳损坏问题。本文以针对该问题为目标，采用最优化方法为理论基础，通过有限元数值模拟技术，在计算机上进行一系列迭代求解，得到优化解，实现了在解决疲劳损坏问题基础上轻量化设计

6、[1

7、。1有限元方法基本思想有限元法(FEM．FiniteElementMethod)，是目前最为有效的数值计算方法之一。其基本思想是将结构离散化。则复杂的对象便可以用有限个简单的单元来表示．这些单元之间是用有限个节点收稿日期：2017—02—17修回日期：2017—02—24相互连接，然后根据平衡和变形协调条件综合求解。本文正是采用了有限元法处理力学问题的基本思路进行了后续研究[2-3]。2结构优化设计方法从数学上讲，优化是指求某一函数的极大值或极小值。对于结构优化而言是在满足约束条件即设计要求的前提下，按一定的评价指标寻求最佳的结构设计方案。结构优化设计是一个体系，主

8、要包括：设计变量、目标函数、约束条件、数学模型、优化数学算法和优化迭代控制。结构优化设计技术的流程与数学优化的理论的优化流程基本一致，只是多了一步对结构的前处理和有限元模型的建立，如图1所示为结构优化的一般流程图。结构优化的流程描述与说明：(1)输入待优化的结构的模型；(2)对模型进行前处理，包括网格划分、载荷以及边界条件的施加等，建立正确的有限元模型；(3)合理选择并建立结构优化的数学模型；农业装备与车辆工程2017链(4)运用有限元程序以及一定的优化算法对结构进行静力学、动力学等特性进行优化计算；(5)对比优化前后结构的性