基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计

doi:10.16576/ki.1007-4414.2016.02.048

基于SolidWorks的挖掘机铲斗分析与优化设计∗

殷淑芳,尹开勤

(青岛滨海学院,山东青岛㊀266555)

摘㊀要:挖掘机铲斗是挖掘机工作装置中最为重要的部件之一,其在工作时,与石块㊁土壤等直接接触,工作条件极为恶劣㊂其结构设计的合理与否,直接影响到挖掘机铲斗的使用寿命㊂为解决这一问题,采用SolidWorks Simulation对挖掘机铲斗进行有限元分析,采用实体㊁壳体混合有限元网格模型,并进行相应的约束及载荷的加载,得到其在极端条件下的应力分布状态㊂并应用SolidWorks Simulation中结构参数优化功能,对挖掘机铲斗进行优化设计,以此改善挖掘机铲斗在极端工况下的受力,从而提高其使用寿命㊂

关键词:挖掘机;铲斗;SolidWorks Simulation;优化设计

中图分类号:TD422.2㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1007-4414(2016)02-0141-03

Analysis and Optimum Design of Excavator Bucket Based on SolidWorks

YIN Shu-fang,YIN Kai-qin

(Qingdao Binhai University,Qingdao Shandong㊀266555,China)

Abstract:Excavator bucket is one of the most important components of the excavator working devices.At work,it directly contacts with the rocks and soil,so its working condition is extremely bad.The structure design is reasonable or not directly affects the service life of the excavator bucket.In order to solve this problem,this paper uses Solid Works simulation on the fi-nite element analysis of the excavator ing the solid,shell mixed finite element mesh models and loading correspond-ing constraints and loads to obtain the stress distribution on the extreme conditions.And using structure parameters optimiza-tion function of Solid Works simulation,the design of excavator bucket is optimized,which improve the load of the excavator bucket under the extreme conditions,and increase the service life.

Key words:excavator;bucket;Solid Works Simulation;optimum design

0㊀引㊀言

挖掘机是通过其工作装置中的铲斗来挖掘土壤㊁

煤泥㊁疏松后的石块等物料,并运至指定位置或装车

的一种机械,主要用于工程作业中的土方作业㊂在其

工作过程中,铲斗直接与物料接触,承受较大的冲击㊁

摩擦载荷㊂且其工作过程受物料多样性变化的影响,

铲斗的受力并不均匀,很多情况下,所受作用力只作

用于铲斗的一个铲齿上,极端的情况,甚至作用于最

靠边的铲齿上,造成极大的偏载㊁应力集中[1]㊂受制于铲斗恶劣的工况,在进行铲斗设计时,在

保证斗容满足要求的情况下,力求相关结构参数设置

的合理,使其具有较高的可靠性㊂但针对铲斗的受力

计算中,若采用传统设计方法进行计算,不但计算过

程复杂且不易保证结果的正确性㊂SolidWorks Simulation与三维造型软件Solid-Works无缝集成,用户可以在同一个软件环境下方便地实现产品的设计及有限元强度分析㊂故在本次铲斗有限元强度分析时采用SolidWorks Simulation作为有限元分析平台[2],对某企业的XE215CA型铲斗的结构进行分析和设计优化㊂

1㊀铲斗强度的有限元分析思路

在常规的结构件应用有限元分析软件进行计算时,通常首先根据结构件的结构特点,建立有限元分析所需的模型;根据结构件所用的材料建立材料模型;然后根据结构件的工作情况确定相应的载荷及约束,并划分网格;最后运行求解㊂

由于铲斗的工作时,作业情况复杂,并且需要对结构参数进行优化,如果仅按常规的分析思路进行有限元的分析求解,则会造成分析过程反复,分析效率低下㊂

2㊀铲斗结构分析

铲斗结构如图1所示,其一般由斗壁㊁斗底㊁耳板㊁斗齿及斗角等组成㊂主要设计数据有斗底板厚度㊁耳板厚度㊁斗壁厚度㊁斗角厚度㊁背板厚度㊁耳板间距㊁斗角长㊁斗角宽及斗角圆弧半径,通过强度分析,对其设计数据进行优化设计㊂

由铲斗的结构可知,构成铲斗主要结构的斗壁㊁斗底㊁耳板均由钢板加工后经焊接而成㊂斗壁㊁斗底

㊃机械研究与应用㊃2016年第2期(第29卷,总第142期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀设计与制造

∗收稿日期:2016-02-19

作者简介:殷淑芳(1972-),女,山东青岛人,硕士,高级工程师,主要从事产品开发方面的工作㊂