本發(fā)明涉及一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的斗桿裝置制造方法及其產(chǎn)品，尤其是適用于400～600噸級(jí)的正鏟液壓挖掘機(jī)的斗桿裝置。

背景技術(shù)：

大型液壓挖掘機(jī)是當(dāng)代工程施工、礦石生產(chǎn)的重要工具。工作裝置是液壓挖掘機(jī)最主要的執(zhí)行部件，主要由動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、油缸等組成，其工作性能與可靠性是整機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。為了提高挖掘機(jī)的采裝效率，并降低生產(chǎn)成本，液壓挖掘機(jī)不斷朝著大型化、輕量化、智能化發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)大型礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的輕量化需求，本發(fā)明提出一種不改變斗桿強(qiáng)度、工作特性等條件下，優(yōu)化并重新設(shè)計(jì)了斗桿裝置的結(jié)構(gòu)，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(jī)的斗桿裝置制造方法制造的產(chǎn)品。

本發(fā)明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的斗桿裝置制造方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)大型正鏟液壓挖掘機(jī)的工作裝置原始數(shù)據(jù)，在三維設(shè)計(jì)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(dǎo)入有限元軟件中進(jìn)行處理，對(duì)設(shè)計(jì)的三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分建立其相應(yīng)的網(wǎng)格模型，并將網(wǎng)格模型導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)軟件中，施加相應(yīng)的約束、負(fù)載以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行工作裝置挖掘多體動(dòng)力學(xué)仿真，并輸出斗桿受力；

3)將斗桿的網(wǎng)格模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，并根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果對(duì)斗桿建模，獲得斗桿模型；

4)對(duì)斗桿模型進(jìn)行有限元強(qiáng)度與失穩(wěn)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)斗桿模型進(jìn)行校正，獲得新斗桿模型；

5)將新斗桿模型重新導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)軟件中，施加相應(yīng)的約束、負(fù)載以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行工作裝置挖掘多體動(dòng)力學(xué)仿真，對(duì)比新新斗桿模型與未校正過(guò)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(yōu)越性與可行性，確定斗桿的仿真模型；

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

根據(jù)本發(fā)明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)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(jī)指重量為400～600噸的正鏟液壓挖掘機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的斗桿裝置制造方法制造的產(chǎn)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(guò)橫梁平行固接；所述支撐組件的底部通過(guò)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(jī)的油缸連接的鉸接耳板，所述上梁的兩端向同側(cè)翻折形成折角，所述上梁的前端通過(guò)第一鉸接箱體與所述下梁前端固接，所述上梁的末端通過(guò)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(shè)有第一安裝通孔，且兩個(gè)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(jī)的鏟斗鉸接，所述第二鉸接箱體與挖掘機(jī)的動(dòng)臂鉸接，所述鉸接耳板與挖掘機(jī)油缸的活塞桿鉸接。

所述支撐組件為鈍角三角形結(jié)構(gòu)。

兩片三角形的支撐組件之間通過(guò)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(nèi)部由六塊隔板隔開(kāi)。

本發(fā)明的有益效果是：針對(duì)400～600噸級(jí)礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的輕量化需求，本發(fā)明在不改變斗桿強(qiáng)度、工作特性等條件下，優(yōu)化并重新設(shè)計(jì)了斗桿裝置的結(jié)構(gòu)，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(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖之一。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖之二。

圖3是本發(fā)明的鉸接耳板的結(jié)構(gòu)圖之一。

圖4是本發(fā)明的鉸接耳板的結(jié)構(gòu)圖之一。

圖5是本發(fā)明的底部箱體結(jié)構(gòu)圖之一。

圖6是本發(fā)明的底部箱體結(jié)構(gòu)圖之二。

圖7是優(yōu)化前的斗桿結(jié)構(gòu)圖。

圖8是優(yōu)化前的斗桿安裝圖。

圖9是本發(fā)明優(yōu)化后的斗桿安裝示意圖。

圖10是本發(fā)明的網(wǎng)格模型圖。

圖11是本發(fā)明的優(yōu)化后的斗桿CAE模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明

參照附圖：

實(shí)施例1本發(fā)明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的斗桿裝置制造方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)大型正鏟液壓挖掘機(jī)的工作裝置原始數(shù)據(jù)，在三維設(shè)計(jì)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(dǎo)入有限元軟件如HyperMesh中進(jìn)行處理，對(duì)設(shè)計(jì)的三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分建立其相應(yīng)的網(wǎng)格模型，對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，把斗桿分為設(shè)計(jì)區(qū)域和非設(shè)計(jì)區(qū)域兩部分，其中，如圖7中深色部分為非設(shè)計(jì)區(qū)域，淺色部分為設(shè)計(jì)區(qū)域，通過(guò)在特殊節(jié)點(diǎn)建立剛性連接單元；然后將網(wǎng)格模型導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)軟件中，施加相應(yīng)的約束、負(fù)載以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行工作裝置挖掘多體動(dòng)力學(xué)仿真，并輸出斗桿受力；

3)將斗桿的網(wǎng)格模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，并根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果對(duì)斗桿建模，獲得斗桿模型：

根據(jù)不同約束下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，選擇拓?fù)鋬?yōu)化單元密度云圖材料分布清晰，無(wú)較多的材料堆積，且應(yīng)力較小的拓?fù)浣Y(jié)果；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為概念設(shè)計(jì)模型，不滿足生產(chǎn)制造需求，且結(jié)構(gòu)應(yīng)力比原始結(jié)構(gòu)大很多，不滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。把不規(guī)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(yīng)力大的地方可以通過(guò)增加隔板和箱梁來(lái)緩解局部應(yīng)力集中；結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的斗桿CAE模型如圖8所示；

4)對(duì)斗桿模型進(jìn)行有限元強(qiáng)度與失穩(wěn)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)斗桿模型進(jìn)行校正，獲得新斗桿模型：

斗桿裝置的實(shí)體重新設(shè)計(jì)，同樣采用鈑金材料焊接而成，然而大型板材構(gòu)件的穩(wěn)定性存在缺陷敏感性，設(shè)計(jì)的時(shí)候必須得考慮板材的穩(wěn)定性問(wèn)題；通過(guò)給大型鈑金件焊加適當(dāng)距離的橫向隔板與縱向加強(qiáng)筋來(lái)提高構(gòu)件的穩(wěn)定性；

5)將新斗桿模型重新導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)軟件中，施加相應(yīng)的約束、負(fù)載以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行工作裝置挖掘多體動(dòng)力學(xué)仿真，對(duì)比新新斗桿模型與未校正過(guò)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(yōu)越性與可行性，確定斗桿的仿真模型；

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

根據(jù)本發(fā)明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)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(jī)指重量為400～600噸的正鏟液壓挖掘機(jī)。

結(jié)果表明：同種工況下進(jìn)行作業(yè)，優(yōu)化后的斗桿比優(yōu)化前質(zhì)量減輕13.3％，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更穩(wěn)定，減少了制造斗桿板材類型。同時(shí)，新斗桿較舊斗桿的整體結(jié)構(gòu)有了巨大的改變，主要由箱梁構(gòu)成，放棄了笨重的全箱形結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)。斗桿優(yōu)化前與優(yōu)化后的三維模型，如附圖7與附圖1、2所示。優(yōu)化后的斗桿箱體底部見(jiàn)附圖5、6。優(yōu)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(jī)斗桿結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品，箱型結(jié)構(gòu)均為直角、鈍角或銳角結(jié)構(gòu)，無(wú)曲線或曲面結(jié)構(gòu)，采用焊接方式制造。

根據(jù)新、舊斗桿對(duì)比，新斗桿強(qiáng)度、穩(wěn)定性性能上具有優(yōu)越性，重量減輕13.3％，減少了焊接的次數(shù)與所占空間，提高了斗桿裝置的壽命。輕量化的設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了材料、燃料與制造成本，而且提高了整機(jī)的機(jī)動(dòng)性與生產(chǎn)效率，因此該發(fā)明具有可行性與實(shí)用性。

實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明所述的一種礦用正鏟液壓挖掘機(jī)的斗桿裝置制造方法制造的產(chǎn)品，包括兩片三角形的支撐組件1、兩根橫梁2以及四個(gè)底部箱體3，兩片所述支撐組件1上部通過(guò)橫梁2平行固接；所述支撐組件1的底部通過(guò)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(jī)4的油缸42連接的鉸接耳板16，所述上梁11的兩端向同側(cè)翻折形成折角，所述上梁11的前端通過(guò)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(guò)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(shè)有第一安裝通孔161，且兩個(gè)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(jī)4的鏟斗41鉸接，所述第二鉸接箱體15與挖掘機(jī)4的動(dòng)臂43鉸接，所述鉸接耳板16與挖掘機(jī)4油缸42的活塞桿鉸接。

所述支撐組件1為鈍角三角形結(jié)構(gòu)。

兩片三角形的支撐組件1之間通過(guò)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(nèi)部由六塊隔板隔開(kāi)。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。