一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法及其產品與流程

本發明涉及一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法及其產品，尤其是適用于400～600噸級的正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置。

背景技術：

大型液壓挖掘機是當代工程施工、礦石生產的重要工具。工作裝置是液壓挖掘機最主要的執行部件，主要由動臂、斗桿、鏟斗、油缸等組成，其工作性能與可靠性是整機先進性的重要標志。為了提高挖掘機的采裝效率，并降低生產成本，液壓挖掘機不斷朝著大型化、輕量化、智能化發展。

技術實現要素：

針對大型礦用正鏟液壓挖掘機的輕量化需求，本發明提出一種不改變斗桿強度、工作特性等條件下，優化并重新設計了斗桿裝置的結構，并減輕了它的重量，提高了工作裝置的整體性能與工作效率的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法制造的產品。

本發明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法，包括以下步驟：

1)根據大型正鏟液壓挖掘機的工作裝置原始數據，在三維設計軟件如UG中建立斗桿的三維幾何模型；

2)將斗桿的三維幾何模型導入有限元軟件中進行處理，對設計的三維幾何模型進行網格劃分建立其相應的網格模型，并將網格模型導入到多體動力學軟件中，施加相應的約束、負載以及運動參數，進行工作裝置挖掘多體動力學仿真，并輸出斗桿受力；

3)將斗桿的網格模型進行拓撲優化，并根據優化的結果對斗桿建模，獲得斗桿模型；

4)對斗桿模型進行有限元強度與失穩分析，并根據分析結果對斗桿模型進行校正，獲得新斗桿模型；

5)將新斗桿模型重新導入到多體動力學軟件中，施加相應的約束、負載以及運動參數，進行工作裝置挖掘多體動力學仿真，對比新新斗桿模型與未校正過的斗桿模型在挖掘工況下的比較仿真，確定新斗桿模型的性能優越性與可行性，確定斗桿的仿真模型；

6)根據斗桿的仿真模型制造出相應符合條件的零部件，并將相應零部件進行裝配，獲得最終完整的斗桿裝置。

根據本發明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法，其特征在于：所述大型正鏟液壓挖掘機指重量為400～600噸的正鏟液壓挖掘機。

根據本發明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法制造的產品，其特征在于：包括兩片三角形的支撐組件、至少一根橫梁以及底部箱體，兩片所述支撐組件上部通過橫梁平行固接；所述支撐組件的底部通過底部箱體固接，所述支撐組件包括上梁、下梁、支撐梁、第一鉸接箱體、第二鉸接箱體以及用于與挖掘機的油缸連接的鉸接耳板，所述上梁的兩端向同側翻折形成折角，所述上梁的前端通過第一鉸接箱體與所述下梁前端固接，所述上梁的末端通過第二鉸接箱體與所述下梁末端固接；同一支撐組件的上梁與下梁之間連有至少一根支撐梁；所述鉸接耳板均布在所述下梁以及底部箱體的底部，并且所述鉸接耳板上設有第一安裝通孔，且兩個第一安裝通孔同軸，所述第一鉸接箱體的第二安裝通孔同軸，所述第二鉸接箱體的第三安裝通孔同軸；所述第一鉸接箱體與挖掘機的鏟斗鉸接，所述第二鉸接箱體與挖掘機的動臂鉸接，所述鉸接耳板與挖掘機油缸的活塞桿鉸接。

所述支撐組件為鈍角三角形結構。

兩片三角形的支撐組件之間通過兩根橫梁固接。

所述上梁、下梁、支撐梁以及橫梁均為空心箱型梁。

所述底部箱體內部由六塊隔板隔開。

本發明的有益效果是：針對400～600噸級礦用正鏟液壓挖掘機的輕量化需求，本發明在不改變斗桿強度、工作特性等條件下，優化并重新設計了斗桿裝置的結構，并減輕了它的重量，提高了工作裝置的整體性能與工作效率。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖之一。

圖2是本發明的結構圖之二。

圖3是本發明的鉸接耳板的結構圖之一。

圖4是本發明的鉸接耳板的結構圖之一。

圖5是本發明的底部箱體結構圖之一。

圖6是本發明的底部箱體結構圖之二。

圖7是優化前的斗桿結構圖。

圖8是優化前的斗桿安裝圖。

圖9是本發明優化后的斗桿安裝示意圖。

圖10是本發明的網格模型圖。

圖11是本發明的優化后的斗桿CAE模型。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發明

參照附圖：

實施例1本發明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法，包括以下步驟：

1)根據大型正鏟液壓挖掘機的工作裝置原始數據，在三維設計軟件如UG中建立斗桿的三維幾何模型，即斗桿的CAD模型；

2)將斗桿的三維幾何模型導入有限元軟件如HyperMesh中進行處理，對設計的三維幾何模型進行網格劃分建立其相應的網格模型，對網格模型進行網格劃分，把斗桿分為設計區域和非設計區域兩部分，其中，如圖7中深色部分為非設計區域，淺色部分為設計區域，通過在特殊節點建立剛性連接單元；然后將網格模型導入到多體動力學軟件中，施加相應的約束、負載以及運動參數，進行工作裝置挖掘多體動力學仿真，并輸出斗桿受力；

3)將斗桿的網格模型進行拓撲優化，并根據優化的結果對斗桿建模，獲得斗桿模型：

根據不同約束下拓撲結構的不同，選擇拓撲優化單元密度云圖材料分布清晰，無較多的材料堆積，且應力較小的拓撲結果；拓撲結構為概念設計模型，不滿足生產制造需求，且結構應力比原始結構大很多，不滿足優化設計的要求。把不規則的曲面用平面和曲面替代，圓形柱體去除，用箱形梁代替，這樣利于加工制造；應力大的地方可以通過增加隔板和箱梁來緩解局部應力集中；結構優化后的斗桿CAE模型如圖8所示；

4)對斗桿模型進行有限元強度與失穩分析，并根據分析結果對斗桿模型進行校正，獲得新斗桿模型：

斗桿裝置的實體重新設計，同樣采用鈑金材料焊接而成，然而大型板材構件的穩定性存在缺陷敏感性，設計的時候必須得考慮板材的穩定性問題；通過給大型鈑金件焊加適當距離的橫向隔板與縱向加強筋來提高構件的穩定性；

5)將新斗桿模型重新導入到多體動力學軟件中，施加相應的約束、負載以及運動參數，進行工作裝置挖掘多體動力學仿真，對比新新斗桿模型與未校正過的斗桿模型在挖掘工況下的比較仿真，確定新斗桿模型的性能優越性與可行性，確定斗桿的仿真模型；

6)根據斗桿的仿真模型制造出相應符合條件的零部件，并將相應零部件進行裝配，獲得最終完整的斗桿裝置。

根據本發明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法，其特征在于：所述大型正鏟液壓挖掘機指重量為400～600噸的正鏟液壓挖掘機。

結果表明：同種工況下進行作業，優化后的斗桿比優化前質量減輕13.3％，結構強度更穩定，減少了制造斗桿板材類型。同時，新斗桿較舊斗桿的整體結構有了巨大的改變，主要由箱梁構成，放棄了笨重的全箱形結構的整體設計。斗桿優化前與優化后的三維模型，如附圖7與附圖1、2所示。優化后的斗桿箱體底部見附圖5、6。優化前、后工作裝置如附圖8、9所示。附圖1～6提出的大型礦用正鏟液壓挖掘機斗桿結構及產品，箱型結構均為直角、鈍角或銳角結構，無曲線或曲面結構，采用焊接方式制造。

根據新、舊斗桿對比，新斗桿強度、穩定性性能上具有優越性，重量減輕13.3％，減少了焊接的次數與所占空間，提高了斗桿裝置的壽命。輕量化的設計不僅節省了材料、燃料與制造成本，而且提高了整機的機動性與生產效率，因此該發明具有可行性與實用性。

實施例2根據本發明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機的斗桿裝置制造方法制造的產品，包括兩片三角形的支撐組件1、兩根橫梁2以及四個底部箱體3，兩片所述支撐組件1上部通過橫梁2平行固接；所述支撐組件1的底部通過底部箱體3固接，所述支撐組件1包括上梁11、下梁12、四根支撐梁13、第一鉸接箱體14、第二鉸接箱體15以及六塊用于與挖掘機4的油缸42連接的鉸接耳板16，所述上梁11的兩端向同側翻折形成折角，所述上梁11的前端通過第一鉸接箱體14與所述下梁12前端固接，所述上梁11的末端通過第二鉸接箱體15與所述下梁12末端固接；同一支撐組件1的上梁11與下梁12之間連有四根支撐梁13；所述鉸接耳板16均布在所述下梁12以及底部箱體3的底部，并且所述鉸接耳板16上設有第一安裝通孔161，且兩個第一安裝通孔161同軸，所述第一鉸接箱體14的第二安裝通孔141同軸，所述第二鉸接箱體15的第三安裝通孔151同軸；所述第一鉸接箱體14與挖掘機4的鏟斗41鉸接，所述第二鉸接箱體15與挖掘機4的動臂43鉸接，所述鉸接耳板16與挖掘機4油缸42的活塞桿鉸接。

所述支撐組件1為鈍角三角形結構。

兩片三角形的支撐組件1之間通過兩根橫梁2固接。

所述上梁11、下梁12、支撐梁13以及橫梁2均為空心箱型梁。

所述底部箱體3內部由六塊隔板隔開。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。