一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法及其产品与流程

本发明涉及一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法及其产品，尤其是适用于400～600吨级的正铲液压挖掘机的斗杆装置。

背景技术：

大型液压挖掘机是当代工程施工、矿石生产的重要工具。工作装置是液压挖掘机最主要的执行部件，主要由动臂、斗杆、铲斗、油缸等组成，其工作性能与可靠性是整机先进性的重要标志。为了提高挖掘机的采装效率，并降低生产成本，液压挖掘机不断朝着大型化、轻量化、智能化发展。

技术实现要素：

针对大型矿用正铲液压挖掘机的轻量化需求，本发明提出一种不改变斗杆强度、工作特性等条件下，优化并重新设计了斗杆装置的结构，并减轻了它的重量，提高了工作装置的整体性能与工作效率的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法制造的产品。

本发明所述的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法，包括以下步骤：

1)根据大型正铲液压挖掘机的工作装置原始数据，在三维设计软件如UG中建立斗杆的三维几何模型；

2)将斗杆的三维几何模型导入有限元软件中进行处理，对设计的三维几何模型进行网格划分建立其相应的网格模型，并将网格模型导入到多体动力学软件中，施加相应的约束、负载以及运动参数，进行工作装置挖掘多体动力学仿真，并输出斗杆受力；

3)将斗杆的网格模型进行拓扑优化，并根据优化的结果对斗杆建模，获得斗杆模型；

4)对斗杆模型进行有限元强度与失稳分析，并根据分析结果对斗杆模型进行校正，获得新斗杆模型；

5)将新斗杆模型重新导入到多体动力学软件中，施加相应的约束、负载以及运动参数，进行工作装置挖掘多体动力学仿真，对比新新斗杆模型与未校正过的斗杆模型在挖掘工况下的比较仿真，确定新斗杆模型的性能优越性与可行性，确定斗杆的仿真模型；

6)根据斗杆的仿真模型制造出相应符合条件的零部件，并将相应零部件进行装配，获得最终完整的斗杆装置。

根据本发明所述的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法，其特征在于：所述大型正铲液压挖掘机指重量为400～600吨的正铲液压挖掘机。

根据本发明所述的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法制造的产品，其特征在于：包括两片三角形的支撑组件、至少一根横梁以及底部箱体，两片所述支撑组件上部通过横梁平行固接；所述支撑组件的底部通过底部箱体固接，所述支撑组件包括上梁、下梁、支撑梁、第一铰接箱体、第二铰接箱体以及用于与挖掘机的油缸连接的铰接耳板，所述上梁的两端向同侧翻折形成折角，所述上梁的前端通过第一铰接箱体与所述下梁前端固接，所述上梁的末端通过第二铰接箱体与所述下梁末端固接；同一支撑组件的上梁与下梁之间连有至少一根支撑梁；所述铰接耳板均布在所述下梁以及底部箱体的底部，并且所述铰接耳板上设有第一安装通孔，且两个第一安装通孔同轴，所述第一铰接箱体的第二安装通孔同轴，所述第二铰接箱体的第三安装通孔同轴；所述第一铰接箱体与挖掘机的铲斗铰接，所述第二铰接箱体与挖掘机的动臂铰接，所述铰接耳板与挖掘机油缸的活塞杆铰接。

所述支撑组件为钝角三角形结构。

两片三角形的支撑组件之间通过两根横梁固接。

所述上梁、下梁、支撑梁以及横梁均为空心箱型梁。

所述底部箱体内部由六块隔板隔开。

本发明的有益效果是：针对400～600吨级矿用正铲液压挖掘机的轻量化需求，本发明在不改变斗杆强度、工作特性等条件下，优化并重新设计了斗杆装置的结构，并减轻了它的重量，提高了工作装置的整体性能与工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构图之一。

图2是本发明的结构图之二。

图3是本发明的铰接耳板的结构图之一。

图4是本发明的铰接耳板的结构图之一。

图5是本发明的底部箱体结构图之一。

图6是本发明的底部箱体结构图之二。

图7是优化前的斗杆结构图。

图8是优化前的斗杆安装图。

图9是本发明优化后的斗杆安装示意图。

图10是本发明的网格模型图。

图11是本发明的优化后的斗杆CAE模型。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法，包括以下步骤：

1)根据大型正铲液压挖掘机的工作装置原始数据，在三维设计软件如UG中建立斗杆的三维几何模型，即斗杆的CAD模型；

2)将斗杆的三维几何模型导入有限元软件如HyperMesh中进行处理，对设计的三维几何模型进行网格划分建立其相应的网格模型，对网格模型进行网格划分，把斗杆分为设计区域和非设计区域两部分，其中，如图7中深色部分为非设计区域，浅色部分为设计区域，通过在特殊节点建立刚性连接单元；然后将网格模型导入到多体动力学软件中，施加相应的约束、负载以及运动参数，进行工作装置挖掘多体动力学仿真，并输出斗杆受力；

3)将斗杆的网格模型进行拓扑优化，并根据优化的结果对斗杆建模，获得斗杆模型：

根据不同约束下拓扑结构的不同，选择拓扑优化单元密度云图材料分布清晰，无较多的材料堆积，且应力较小的拓扑结果；拓扑结构为概念设计模型，不满足生产制造需求，且结构应力比原始结构大很多，不满足优化设计的要求。把不规则的曲面用平面和曲面替代，圆形柱体去除，用箱形梁代替，这样利于加工制造；应力大的地方可以通过增加隔板和箱梁来缓解局部应力集中；结构优化后的斗杆CAE模型如图8所示；

4)对斗杆模型进行有限元强度与失稳分析，并根据分析结果对斗杆模型进行校正，获得新斗杆模型：

斗杆装置的实体重新设计，同样采用钣金材料焊接而成，然而大型板材构件的稳定性存在缺陷敏感性，设计的时候必须得考虑板材的稳定性问题；通过给大型钣金件焊加适当距离的横向隔板与纵向加强筋来提高构件的稳定性；

5)将新斗杆模型重新导入到多体动力学软件中，施加相应的约束、负载以及运动参数，进行工作装置挖掘多体动力学仿真，对比新新斗杆模型与未校正过的斗杆模型在挖掘工况下的比较仿真，确定新斗杆模型的性能优越性与可行性，确定斗杆的仿真模型；

6)根据斗杆的仿真模型制造出相应符合条件的零部件，并将相应零部件进行装配，获得最终完整的斗杆装置。

根据本发明所述的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法，其特征在于：所述大型正铲液压挖掘机指重量为400～600吨的正铲液压挖掘机。

结果表明：同种工况下进行作业，优化后的斗杆比优化前质量减轻13.3％，结构强度更稳定，减少了制造斗杆板材类型。同时，新斗杆较旧斗杆的整体结构有了巨大的改变，主要由箱梁构成，放弃了笨重的全箱形结构的整体设计。斗杆优化前与优化后的三维模型，如附图7与附图1、2所示。优化后的斗杆箱体底部见附图5、6。优化前、后工作装置如附图8、9所示。附图1～6提出的大型矿用正铲液压挖掘机斗杆结构及产品，箱型结构均为直角、钝角或锐角结构，无曲线或曲面结构，采用焊接方式制造。

根据新、旧斗杆对比，新斗杆强度、稳定性性能上具有优越性，重量减轻13.3％，减少了焊接的次数与所占空间，提高了斗杆装置的寿命。轻量化的设计不仅节省了材料、燃料与制造成本，而且提高了整机的机动性与生产效率，因此该发明具有可行性与实用性。

实施例2根据本发明所述的一种矿用正铲液压挖掘机的斗杆装置制造方法制造的产品，包括两片三角形的支撑组件1、两根横梁2以及四个底部箱体3，两片所述支撑组件1上部通过横梁2平行固接；所述支撑组件1的底部通过底部箱体3固接，所述支撑组件1包括上梁11、下梁12、四根支撑梁13、第一铰接箱体14、第二铰接箱体15以及六块用于与挖掘机4的油缸42连接的铰接耳板16，所述上梁11的两端向同侧翻折形成折角，所述上梁11的前端通过第一铰接箱体14与所述下梁12前端固接，所述上梁11的末端通过第二铰接箱体15与所述下梁12末端固接；同一支撑组件1的上梁11与下梁12之间连有四根支撑梁13；所述铰接耳板16均布在所述下梁12以及底部箱体3的底部，并且所述铰接耳板16上设有第一安装通孔161，且两个第一安装通孔161同轴，所述第一铰接箱体14的第二安装通孔141同轴，所述第二铰接箱体15的第三安装通孔151同轴；所述第一铰接箱体14与挖掘机4的铲斗41铰接，所述第二铰接箱体15与挖掘机4的动臂43铰接，所述铰接耳板16与挖掘机4油缸42的活塞杆铰接。

所述支撑组件1为钝角三角形结构。

两片三角形的支撑组件1之间通过两根横梁2固接。

所述上梁11、下梁12、支撑梁13以及横梁2均为空心箱型梁。

所述底部箱体3内部由六块隔板隔开。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。