大型矿用挖掘机铲斗的优化设计

对重型矿用自卸车车斗的结构优化设计在矿山建设工作中，其最为常用的运输工具主要是重型矿用自卸车，然而由于该类运输工具，其结构的复杂性，及对行驶公路有着严格的要求等因素，其在矿山建设中暴露的问题也越来越多，其极大的阻碍着矿山建设领域的健康长远发展。

本文将对重型矿用自卸车车斗的结构优化设计进行详细探讨。

标签：重型矿用自卸车；车斗；结构；优化设计0 引言随着社会经济的迅猛发展，我国对各类资源的需求也在急剧的增加，各类型矿山作为我国资源的集中地，近年来其开发建设项目也越来越多，对矿山的开发建设工作，也成为了推动我国社会发展的重要手段。

在矿山建设领域，其最常使用的运输设备有重型矿用自卸车，其作为一种具有高负载能力运输工具，在矿山的建设工作中，有着重要地位。

然而由于重型矿用自卸车，其在结构上较为复杂，同时其对行驶公路也有较为苛刻的要求，加之其运输过程中，具有较高的载荷量，因而其车辆在行驶过程中，经常会发生车斗变形，及扭转情况，其会加剧车辆的磨损情况，极大的缩短重型矿用自卸车的使用寿命，甚至会引发安全事故，因此加大对重型矿用自卸车车斗的结构优化设计的研究，有着积极意义。

1 重型矿用自卸车车斗模型的建立在重型旷工自卸车车斗模型的建立过程中，首先要对车斗进行简化，然后再借助Pro/E建立矿用自卸车车斗的几何模型，最后再通过ANSYS软件构建车斗的有限元模型。

具体来说，由于自卸车车斗，其在外形及结构方面，复杂度较高，加之其孔洞及沟槽也较多，因而在建立模型前，必须先对其结构进行适当的简化。

在对车斗结构简化后，再使用Pro/E软件建立建立几何模型，然而由于Pro/E，与ANSYS软件之间没有相应的接口，因此再将该模型导入进ANSYS软件前，需要将模型的格式予以转换，将其转换为通用格式，由此才可以顺利的将该格式的模型导入进去。

再导入几何模型后，就需要借助ANSYS软件，构建有限元模型了，在构建有限元模型时，其主要步骤有以下几个方面：一是合理选用材料，并对其相关参数予以明确。

矿用侧卸式装载机的优化设计摘要：随着人们对于矿产能源需求量的提升，关于矿产能源的开采工作逐步受到人们的关注。

其中，侧卸式装载机在矿类作业之中具有十分重要的作用。

本文笔者结合自己的工作经验，首先简单概述了侧卸式装载机的相关知识，然后分别从不同的层面针对矿用侧卸式装载机的优化设计进行详细阐述，希望能够对于相关研究者有所帮助。

关键词：矿用侧卸式装载机优化设计对于侧卸式装载机的设计而言，大多设计公司均是按照改造普通型装载机液压系统为三联，继而更换铲斗为托架，随后对其进行侧卸液压缸以及附加管路的配置。

但是，在实际的工作环境之中，因为矿井或者是矿洞施工的特殊性，侧卸式装载机根本无法完全适应其特定作业的工况。

所以，笔者根据自己的工作经验以及相关资料研究分析，总结了关于矿用侧卸式装载机的优化设计方案，具体分析如下：1.关于侧卸式装载机的概述在现代地下采矿的工作之中，装载工作属于一项最为重要的工作，装载机在这个时候发挥着十分重要的作用。

其中，关于侧卸式装载机属于一种多功能的新机种。

它是设计人员结合普通型装载机的基础进行研制而成的。

能够实现正向、左侧向或者是右侧向进行卸料。

并且同普通型的装载机一样，侧卸式装载机不仅能够广泛应用于各种场所进行铲装工作，还可以进行垃圾、砂石、煤炭等各种松散物料的短距离转运工作。

另外，侧卸式装载机还能够进行隧道开挖或者是窄小场地的施工作业，同时还可以实现同配套运输车辆并行穿梭作业。

而且在这个过程之中不需要进行转向调头，有效地减少了作业循环时间，提升了工作效率。

因此，对于一些工程项目或者是采矿工作而言，利用侧卸式装载机作为出料装载的机械设备属于一项理想的选择。

2.矿用侧卸式装载机的优化设计2.1.关于侧卸式装载机驾乘人员安全性的优化设计矿用侧卸式装载机作业时，十分容易发生洞内的塌方、岩爆以及洞顶落石等情况。

因此，驾乘人员的安全防护就成为一项十分重要的工作，特别是驾驶室，必须给予重点保护。

目前，驾驶室最常用的标准配置有“防落物和防滚翻”的驾驶室。

大吨位装载机耐磨铲斗设计与应用大吨位装载机是一种重型工程机械设备，主要用于土方工程、矿山、港口、建筑等领域的大规模材料搬运和装载作业。

在装载机的作业中，耐磨铲斗作为一种重要的斗工具，对于保护装载机的斗体和提高装载效率起着至关重要的作用。

本文将围绕大吨位装载机耐磨铲斗的设计与应用展开，从设计要求、制造工艺、应用效果等方面进行详细阐述。

一、设计要求1.耐磨性能：由于大吨位装载机主要用于重型工作环境下的作业，所以耐磨性能是耐磨铲斗设计的重要要求。

耐磨铲斗通常采用高强度耐磨钢制造，通过特殊的热处理工艺来提高其硬度和耐磨性能。

同时，在铲斗的关键部位采取合理的加强措施，如加厚设计、加固齿部等，以提高耐磨铲斗的使用寿命。

2.结构合理：耐磨铲斗的结构设计应符合装载机的工作要求和材料特性。

斗口宽度、斗体容量、斗形等参数应根据不同的作业环境和材料类型进行合理设计，以确保装载机的装载效率和作业稳定性。

3.重量轻：大吨位装载机的自重已经较大，如果耐磨铲斗过重会对装载机的整体性能产生不利影响。

所以在设计耐磨铲斗时，应充分考虑其自重，尽量采用轻质但强度高的材料，并合理布置材料，以降低耐磨铲斗的自重。

二、制造工艺1.材料选择：耐磨铲斗通常采用高强度耐磨钢制造，如耐磨板、合金钢板等。

在选择材料时，应综合考虑材料的硬度、韧性、耐磨性和焊接性等性能，以确保斗体在重型工作环境下具有足够的强度和耐磨性。

2.材料加工：根据设计要求，通过切割、折弯、焊接等工艺将选定的材料加工成斗体的各个零件。

在加工过程中，应保证零件的精度和尺寸的一致性，以确保斗体的组装质量。

3.热处理：通过热处理工艺来提高耐磨铲斗的硬度和耐磨性能。

常用的热处理方法包括淬火、回火等，通过控制热处理温度和时间来调整材料的组织结构和性能。

4.组装：通过焊接、螺栓连接等方式将加工好的零件组装成成品耐磨铲斗。

在组装过程中，要保证零件的严密连接和整体结构的稳固性。

三、应用效果1.耐磨性能提高：经过特殊设计和制造的耐磨铲斗能够在重型工作环境下长时间使用而不产生明显的磨损，大大提高了装载机的使用寿命和维护成本。

矿用翻斗车的优化设计首先，矿用翻斗车的结构优化是设计中的重要一环。

为了增强车辆的耐用性和承载能力，可以选择高强度钢材或复合材料作为车身和底盘的材料。

这些材料具有较高的强度和较低的重量，可以提高车辆的负荷能力，并降低能源消耗。

此外，车身和底盘的结构应合理布置，以提高整体刚性和稳定性。

例如，可以采用固定车架和悬挂连杆，以减少车辆在运输过程中的摇晃和变形。

其次，矿用翻斗车的动力系统也是优化设计的重要方面。

传统翻斗车通常采用柴油发动机作为动力源，但柴油发动机存在噪音大、排放污染等问题。

因此，可以考虑采用电动驱动系统或混合动力系统。

电动驱动系统可以降低噪音和污染，并提供更高的能源利用效率。

混合动力系统结合了内燃机和电动机的优点，可以在高速运输和爬坡等多种工况下提供更大的动力输出。

另外，矿用翻斗车的翻斗装置也需要优化设计。

翻斗装置通常由液压系统驱动，可以实现翻斗自动倾卸和重置功能。

优化的翻斗装置应具有快速卸载和升降的能力，以减少装卸时间，并提高生产效率。

同时，翻斗装置的结构和材料也需要优化，以提高耐磨性和寿命。

例如，可以采用高硬度合金钢材或陶瓷材料，以防止翻斗装置在矿石倾卸时的磨损和损坏。

最后，矿用翻斗车的控制系统也需要进行优化设计。

控制系统应包括电子控制单元和传感器，以监测和控制车辆的动力、转向、翻斗装置等。

优化的控制系统可以提供更精确的操作和更好的安全性能。

例如，可以通过安装倾斜传感器和负载传感器来实时监测翻斗的倾斜角度和重量，从而避免超载和倾斜而导致的事故发生。

综上所述，矿用翻斗车的优化设计可以从结构、动力系统、翻斗装置和控制系统等方面进行。

通过优化设计，可以提高翻斗车的负荷能力、运输效率和安全性能，从而降低生产成本并提高生产效率。

同时，还可以减少能源消耗和环境污染，符合可持续发展的需求。

挖掘机铲斗设计范文挖掘机铲斗设计是指针对挖掘机的工作需求，对铲斗的结构、材料、尺寸以及功能等进行设计和优化，以提高挖掘机的工作效率和使用寿命。

本文将围绕着挖掘机铲斗设计展开，从铲斗的结构、材料、尺寸以及功能几个方面进行详细介绍。

一、铲斗结构设计挖掘机铲斗的结构通常包括铲齿、刀片、侧杆、支撑板等部分。

铲斗的结构设计应具有强度高、稳定性好、使用寿命长的特点。

为了增加铲斗的强度，可以采用加厚材料或者优化结构设计。

同时，在材料选择上可以考虑使用高强度合金钢或耐磨钢，以提高铲斗的耐磨性能。

二、铲斗材料选择挖掘机铲斗的材料选择直接影响着铲斗的使用寿命和工作效率。

通常情况下，挖掘机铲斗材料应具有足够的强度和硬度，同时耐腐蚀、耐磨和耐高温等特点。

目前常见的挖掘机铲斗材料有高锰合金钢、耐磨钢、高强度钢等。

在材料选择上，可以根据挖掘机的工作环境和工作强度来选择合适的材料。

三、铲斗尺寸设计挖掘机铲斗的尺寸设计直接决定着挖掘机的工作效率。

过大或过小的铲斗都会导致工作效率低下。

尺寸设计应综合考虑挖掘机的型号、工作需求、土壤条件等因素来确定。

一般来说，铲斗的宽度适合挖掘机轨迹的宽度，铲斗的深度和高度需要适应挖掘机的工作需求。

如需要挖掘深的物料，可以选择较高的铲斗；如果工作场地狭窄，可以选择较窄的铲斗。

四、铲斗功能设计挖掘机铲斗的功能设计也是铲斗设计的重要部分。

铲斗的功能设计主要包括倾斜功能、旋转功能等。

倾斜功能可以通过安装液压缸实现，能够实现铲斗在一个平面上倾斜，以适应不同工况下的挖掘需求。

旋转功能可以通过安装旋转机构实现，能够实现铲斗的360°旋转，提高工作效率和灵活性。

总之，挖掘机铲斗设计是一项非常重要的工作，它直接影响着挖掘机的工作效率和使用寿命。

在设计过程中，应综合考虑铲斗的结构、材料、尺寸以及功能等因素，以满足挖掘机在不同工况下的工作需求。

同时，铲斗的结构应具有强度高、稳定性好的特点，材料选择应具有足够的强度、硬度和耐磨性能。

基于SolidWorks的挖掘机铲⽃分析与优化设计doi:10.16576//doc/7bb716b930126edb6f1aff00bed5b9f3f80f721b.html 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,⼭东青岛⼀266555)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:TD422.2⼀⼀⼀⼀⼀⼀⽂献标志码:A⼀⼀⼀⼀⼀⼀⽂章编号:1007-4414(2016)02-0141-03Analysis and Optimum Design of Excavator Bucket Based on SolidWorksYIN Shu-fang,YIN Kai-qin(Qingdao Binhai University,Qingdao Shandong⼀266555,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 /doc/7bb716b930126edb6f1aff00bed5b9f3f80f721b.html 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 design0⼀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三SolidWorks 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三1⼀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,分析效率低下三2⼀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四2016年第2期(第29卷,总第142期)⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀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钢板厚度相对于其余两个⽅向的尺⼨数值较⼩三针对这种情况如果在有限元分析中,⽃壁⼆⽃底依然采⽤实体单元进⾏分析,为保证分析结果的准确性,必须在板厚⽅向划分不少于两层的单元⽹格三以⽃容为0.9m3铲⽃为例,⽃壁⼆⽃底所采⽤的钢板板厚⼀般在20~30mm,⽽其连长可在960mm左右,由此可知⽹格的划分数量将在⼗万以上,将会⼤⼤增加分析的规模,从⽽降低有限元分析速度三这个现象在优化设计将更为明显,因为在优化分析计算时,为得到最优的结果,有限元分析软件会针对所分析的⼯况,根据可变的参数范围,⽣成数以百计的样本点,并对这些样本点逐⼀求解三为解决⼀问题,针对⽃壁⼆⽃底⼆⽿板等板类结构,在三维建模时,采⽤曲⾯建模,在有限元求解时,应⽤壳体⽹格单元划分,并定义相应厚度三采⽤这种⽅式,由于没有了厚度尺⼨的限制,在满⾜精度要求的条件下,⽹格单元尺⼨可以设置的⼤⼀些,由此可极⼤的减少⽹格单元数量,缩减分析规模,从⽽提⾼分析速度三⽽铲齿等结构件,仍采⽤实体模型建模;为简化模型,铲⽃中对结构强度不产⽣影响的孔等结构不再体现在有限元分析模型中,最终确定分析模型如图2所⽰[3]三⼀图1⼀铲⽃外形图图2⼀铲⽃有限元分析模型⼀⼀在铲⽃的分析模型建⽴之时,需同时根据铲⽃结构可优化参数,以便在后续结构优化设计中应⽤三根据铲⽃结构特点,可优化结构尺⼨有⽃底⼆⽃壁⼆⽿板的板厚,⽃⾓的外形尺⼨(长⼆宽⼆圆弧半径),两⽿板的间距等三根据SolidWorks Simulation软件特点,相关参数的设置及与分析模型的链接可在其软件环境中参数对话框下设置三在设置时,需为相应的参数设置对应的名称,此次分析以⽃容为0.9m3铲⽃为例,取⽃底板厚参数为aa,⽿板厚度尺⼨参数为bb,⽃壁厚度参数为cc,⽃⾓的厚度参数为dd,背板的厚度为ee,⽿板间距参数为ff,⽃⾓的长⼆宽⼆圆弧半径参数分别为为gg⼆hh⼆ii三具体数值见表1三由有限元分析的相关要求可知,在进⾏铲⽃的强度分析时,必须要知道材质的弹性模量⼆泊松⽐等参锰耐磨钢等,这个钢材的弹性模量与泊松⽐基本⼀致,在分析时,铲⽃各构件材质的弹性模量为2.11?1011Pa,泊松⽐取0.28三表1⼀有限元分析参数表设计参数参数初始⽃底板厚aa30⽿板厚度bb30⽃壁厚度cc25⽃⾓厚度dd16背板厚度ee20⽿板间距ff400⽃⾓长gg120⽃⾓宽hh20⽃⾓圆弧半径ii503⼀确定载荷由于挖掘机⼯作时⼯况的多样性,作⽤于铲⽃的载荷并不易于确定三因为挖掘机在实际⼯作过程中,铲⽃铲齿不断受物料中的切削阻⼒⼆物料与铲齿间的摩擦⼒及物料进⼊铲⽃后的挤压作⽤⼒,铲⽃各个铲齿所受作⽤⼒的⼯况是随机的三且本⽂旨在求解铲⽃在极端应⼒下的应⼒响应,故在载荷设置时取挖掘机标定的最⼤载荷三因挖掘机在⼯作时,载荷在铲⽃的分布并不均匀,在少数时候甚⾄会有极端的情况出现三故在载荷加载,将载荷全部加载在其中的⼀个铲齿上,并在每个算例中依次选取居中⼆靠边⼆最边的铲齿作为施加载荷的位置三载荷⽅向与铲⽃铲齿尖绕铲⽃铰轴回转时形成的弧形运动轨迹相切三所加载载荷的⼤⼩按单独操作铲⽃液压缸或⽃杆液压缸时在铲⽃铲齿尖上所产⽣的实际作⽤⼒,本次所分析国内挖掘机型号:XE215CA,最⼤挖掘⼒为149kN三4⼀接触条件的设置由于铲⽃并不是⼀个整体结构,⽽是⼀系列构件组成的集合体,且采⽤了不同⽹格类型,故在分析前必须设置相应的接触条件,以便准确地求解分析三由铲⽃结构可知,⽃壁与⽃底⼆⽃壁与背板⼆背板与⽃底⼆⽿板与⽃底⼆背板之间⼆⽃⾓与⽃壁通过焊缝连接,铲齿与⽃底之间通过螺栓连接[4]三在Solid-Works Simulation中,焊缝等钢性连接,⼀般通过接触对象间的连接对象间的接合来处理三对于铲齿与⽃底间的螺栓连接,由于在之前铲⽃分析模型建⽴时,为缩⼩分析规模,连接所⽤的螺栓孔并未体现在模型中,故⼆者之间的连接仍采⽤接合来处理,对设计与制造⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀⼀2016年第2期(第29卷,总第142期)四机械研究与应⽤四5⼀后处理在铲⽃材料⼆连接⼆约束及载荷设置完成之后,在运⾏分析之前,需对其进⾏⽹格划分三⽹格划分的合适与否,对计算结果有着决定性的影响,在本次强度分析时,取⽹格单元⼤⼩为42mm,公差为2.1mm,并选择⾃动过渡选项三⽣成⽹格之后,可得结果如表2所⽰三表2⼀⽹格划分结果⽹格划分选项⽹格划分结果⽹格类型混合⽹格(包含壳体单元及实体单元)所⽤⽹格器标准⽹格⾃动过渡打开雅可⽐点4点单元⼤⼩42mm 公差 2.1mm ⽹格品质⾼节点数14732单元总数7013前处理设置完成后,即可进⾏算例的求解,便可得到载荷作⽤⼒分别作⽤于铲齿居中⼆靠边⼆最边三个位置的应⼒图解,如图3所⽰三图3⼀应⼒云图⼀⼀由图3可知,在载荷作⽤于居中的铲齿时,整个铲⽃的应⼒呈对称分布,应⼒最⼤值为150.643MPa,发⽣在两⽿板与⽃底的连接处三当载荷作⽤于靠边的铲齿时,铲⽃的应⼒分布便不再均匀,且最⼤应⼒值增⼤到245.412MPa三当载荷作⽤于最边的铲齿时,铲⽃的受⼒状况更为恶劣,并且其最⼤应⼒达到了了298.441MPa,已接近铲⽃所⽤材料16Mn 的屈服点(其值为345MPa)三由三种⼯况的对⽐分析可知,当铲⽃有偏载作⽤时,其受⼒状况便会急剧恶化三尤其在最边铲齿时,这种情况更为明显三铲⽃的相关结构件的安全系数,⼀般取2.0~2.5,但通过分析,当加载载荷偏载时,铲⽃的结构强度明显不符合要求故需要进⾏设计优化三6⼀设计优化在有限元分析软件中,若要进⾏结构参数优化设计,必须⾸先选定基础分析算例,再设定所需优化参数的取值范围,然后设定⽬标值及相关的约束信息三在SolidWorks Simulation 中,结构参数优化设计通过设计算例来实现三基础分析算例选择载荷加载于最边铲齿时的⼯况三各参数的取值范围见表3三表3⼀各参数取值范围参数类型数值/mm aa范围最⼩:20最⼤:40bb 范围最⼩:20最⼤:40cc 范围最⼩:20最⼤:30dd 范围最⼩:8最⼤:25ee 范围最⼩:15最⼤:30ff 范围最⼩:180最⼤:300gg 范围最⼩:100最⼤:180hh范围最⼩:15最⼤:35ii 范围最⼩:30最⼤:75SolidWorks Simulation 优化分析中,⽬标约束的设置⽅式与其它⼀些专⽤的有限元分析软件(如AN-SYS)不同,它是通过添加传感器的⽅式来实现的三在本次分析中,取铲⽃各构件安全系数为2.4(即许⽤应⼒为143.75MPa),并以此为约束进⾏优化计算三运⾏分析后可得优化结果如表4所⽰三表4⼀优化设计结果设计参数参数优化值⽃底板厚aa 30⽿板厚度bb 40⽃壁厚度cc 25⽃⾓厚度dd 16.5背板厚度ee 30⽿板间距ff 480⽃⾓长gg 140⽃⾓宽hh 15⽃⾓圆弧半径ii52.5根据表4优化设计结果,对铲⽃分析模型进⾏参数修改并运⾏分析,可其应⼒云图如图4所⽰三由图4可知,优化后的铲⽃所受应⼒得到了较为明显的改善,在载荷加载⾄最边铲齿时,最⼤应⼒仅为141.73MPa三(下转第147页)图6⼀⽬标函数图7⼀设计变量4⼀结⼀语(1)⽤APDL 语⾔建⽴的建模程序,可快速有效地对各种规格的载重车车轮建⽴有限元模型三(2)根据弯曲疲劳试验建⽴等效⼒学模型,试验结果和等效⼒学模型建⽴的有限元分析结果是较为符合的三⼀⼀(3)根据验证的等效⼒学模型对车轮进⾏优化设计,在保证轮辐厚度不变的情况下,通过改变轮辐形状和各种孔的位置和形状尺⼨(保证安装尺⼨),使危险点的最⼤应⼒降低了11.52%,从⽽提⾼车轮的载重量寿命三参考⽂献:[1]⼀Risener M,DeVries R I.Finite element analysis and structural opti-mization of vechicle wheels[M].SAE technical paper 830133.War-rendale,Pennsylvana,USA:Soc -Iety of Auto -motive Engineer,Inc,1983.[2]⼀John C.Stearns.An Investigation of Stress and Displacement Distri-bution in a Aluminu -m Alloy Automobile Rim[M].A Thesis of TheUniversity of Akron,2000.[3]⼀催胜明.汽车车轮疲劳寿命预测⽅法的研究[J].机械强度,2002,24(4):617-619.[4]⼀李⼀冰,耿雪霄.汽车钢圈疲劳寿命的有限元分析[J].机械设计与制造,2011,7(1):2-4.[5]⼀张⼀宁.铝合⾦轮毂受⼒状态的有限元分析与优化设计[D].重庆:重庆⼤学,2010.[6]⼀刘新宇.汽车钢圈疲劳分析与寿命估算⽅法研究[D].南宁:⼴西⼤学,2007.[7]⼀郗彦辉.铝合⾦车轮的结构分析及优化[D].天津:河北⼯业⼤学,2003.[8]⼀王周军.铝合⾦汽车轮的强度分析及优化[D].天津:河北⼯业⼤学,2004.[9]⼀Risener M,DeVries R I.Finite element analysis and structural opti-mization of vechicle wheels.SAE technical paper 830133[M].War-rendale,Pennsylvana,USA.Soc -Iety of Auto -motive Engineer,Inc,1983.[10]⼀Dally J W,Riley W F.Experimental stree analyse.2nd ed[M].NewYork,USA:McGraw -Hill,Inc,1978.(上接第143页)图4⼀修改后的应⼒云图7⼀结⼀语通过应⽤SolidWorks Simulation 对铲⽃强度的有限元分析,求解出了铲⽃在不同⼯况下的应⼒响应,⽽且通过软件的参数优化功能,求解出了符合设计要求的最优设计结果三提⾼铲⽃设计的可靠性还极⼤地提⾼了设计效率三参考⽂献:[1]⼀周⼀⽂,任⼩鸿,李林鑫,等.基于SolidWorks 的牵引式挖掘机设计及有限元分析[J].中国农机化学报,2013(5):146-149.[2]⼀胡⼀燊,程海帆,许平娟,等.SolidWorks 进⾏CAE 分析的⼏种⽅法[J].煤炭技术,2010(1):13-15.[3]⼀邓宏光,郑⼀⽂,游思坤.基于Pro /E Mechanism 的挖掘机⼯作装置动⼒学分析[J].煤矿机械,2010(3):102-103.[4]⼀李⾸先,朱永胜,⾼利芳.基于Simulation 的VOLVO220铲⽃强度分析及优化设计[J].港⼝科技,2014(9):24-26.。

装载机铲斗几何形状参数的优化设计关键词：装载机，铲斗，几何形状，尺寸参数，优化设计轮式装载机的工作装置主要由动臂、铲斗、摇臂、连杆等机构组成，工作装置的结构和性能直接影响装载机的动力性与运动特性；铲斗是工作装置的重要工作部件，其几何形状和尺寸参数对插入阻力、铲取阻力、转斗阻力和生产率有着很大的影响，为保证铲斗在一次装载过程中具有较高的装满系数，达到装满卸净，并且减小工作阻力，为此要求铲斗结构形状和尺寸参数必须符合一定的设计规范。

装载机铲斗的动力性主要体现在铲斗下铰接点位置的确定，铲斗下铰接点与切削刃的距离定义为铲斗的回转半径Rr，因此在铲斗几何形状设计过程中，以铲斗的回转半径为主参数，以铲斗的截面各几何形状参数和铲斗下铰接点的位置参数作为回转半径Rr的函数。

铲斗的斗容量分为平装斗容和堆装斗容，额定斗容量是指堆装斗容，并且斗容量已经实现系列化，本优化设计软件可以实现任意斗容量的优化设计。

铲斗的斗容量由铲斗的截面形状和内侧宽度B0决定，而铲斗的宽度一般比两轮胎外侧之间距离长100mm左右，以保护轮胎不受损害，因此铲斗内侧宽度是一个相对固定值，设计时一般根据实际需要预先给出一个具体数值，因而铲斗的设计主要是铲斗的截面几何形状参数的确定。

图1是装载机铲斗截面几何形状参数优化设计简图：铲斗的截面几何形状由铲斗底板长度ld、半径为r的圆弧段、后板长度le及底板与后板之间的张开角度x5四个参数确定；铲斗的平装斗容由底板、底圆弧、后板围成的U形面积CAFNC确定，堆装斗容由三角形面积CNEC确定，其中E点为堆装顶点，堆装斜度1：2。

图中B点为铲斗与动臂铰接的下铰接点，也是铲斗的回转中心，C点为斗刃，BC两点距离即是铲斗的回转半径Rr；铲斗设计时定义铲斗回转半径Rr为基本参数，斗底圆弧半径r、斗底长度Loc、后壁长度Lon则作为回转半径Rr的函数；铲斗的回转半径Rr小，则铲斗转斗时力臂小，相同的掘起力矩下可增加作用在斗刃上的掘起力，yb是铲斗的下铰接点与底板ld的距离，yb数值小，有利于作业时的铲入，减少插入阻力。

挖掘机铲斗设计汇总挖掘机铲斗是挖掘机的重要工作装置，用于开挖、装载和搬运土石等杂物。

因此，挖掘机铲斗的设计至关重要，直接影响到挖掘机的工作效率和稳定性。

在这篇文章中，我们将对挖掘机铲斗的设计进行详细的汇总，并探讨不同设计方案的适用场景和优缺点。

1.材料选择2.形状设计挖掘机铲斗的形状设计应符合工作需求，能够快速有效地开挖和装载。

常见的形状设计包括平底斗、弯斗、洞斗和铲斗等。

平底斗适用于开挖平整地面，而弯斗适用于坚硬土壤和石料的挖掘。

洞斗适用于深度挖掘和矿山开采，而铲斗则适用于搬运杂物和垃圾。

3.容量选择挖掘机铲斗的容量选择应根据具体工作需求和挖掘机的额定载荷来确定。

容量太小会导致频繁装载和卸载，影响工作效率，而容量太大则会增加挖掘机的工作负荷，降低稳定性。

因此，在设计挖掘机铲斗时，需要合理选择容量，以实现最佳工作效果。

4.加强结构由于挖掘机铲斗在工作过程中需要承受较大的载荷和冲击力，因此加强其结构可以提高其耐用性和稳定性。

常见的加强结构包括加固边缘、增加支撑和安装防护装置等。

这些加强结构可以有效地减少应力集中和疲劳破坏，延长挖掘机铲斗的使用寿命。

5.液压系统6.操作控制总结：挖掘机铲斗的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑材料选择、形状设计、容量选择、加强结构、液压系统和操作控制等多个因素。

只有在合理设计的基础上，挖掘机铲斗才能达到最佳的工作效果和稳定性。

因此，设计人员应根据具体工作需求和挖掘机的性能参数，制定科学合理的设计方案，以促进挖掘机铲斗的发展和推广。