基于参数优化方法的挖掘机动臂轻量化设计.pdfVIP

学兔兔 基子参数优化方法的挖掘机动臂轻量化设计 术 施朝坤 ，冯 豪 ，包刚强 (1．广西柳工机械股份有限公司；2．安世亚太科技股份有限公司) 摘 要：以某液压挖掘机动臂为研究对象，运用有限元分析软件 ANSYSWorkbench建立动臂参数化模 型，并对其结构进行静力学分析。选取动臂参数化模型中主要设计参数作为结构轻量化设计的优化变量，利 用优化软件OptiSLang对结构进行优化设计。以动臂总质量最小为优化 目标，在保证结构具有足够刚度和强 度的条件下，寻求最优设计方案，使动臂结构具有最佳承载形式，并通过对优化后的动臂结构进行刚度及强 度校核，验证该优化方案的可行性。 关键词 ：挖掘机动臂；轻量化；优化设计；有限元分析 动臂是挖掘机工作装置中的主要承载结构 ，一 般为由钢板焊接而成的箱型结构，该结构的质量约 占挖掘机工作装置总质量的三分之二，因此动臂的 轻量化设计十分必要。 传统的动臂轻量化设计通常是根据市场反馈 信息，并结合设计者经验采用类比的方法对动臂结 构进行优化设计，优化后的动臂结构往往是局部强 度不断增大，整体强度分布不均匀，材料得不到充 图1 动臂参数化模型 分利用且总质量过大l1_。基于参数优化方法的动臂 轻量化设计是将参数化建模和多 目标参数优化方 因模型 自动更新而引起的干涉问题，需定义设计参 法有效地综合起来运用到动臂结构设计中，通过灵 数之问的关联特性，并编辑相关参数之间的约束关 敏度分析、局部优化、全局优化等分析手段来确定 系_3_，如：当动臂内宽度(HO ／,4_K2)发生变化时， 最优设计方案，避免了传统设计方法的 “盲 目性”， 为 了保证 前下翼 板 (QIAN_XIA_K)与前腹 板 提高了设计质量 。本文对某挖掘机动臂结构进行 (QIAN FUHOU)之间的焊缝大小始终为 12mm， 了基于参数优化方法的轻量化设计，确定了动臂结 则需要定义前下翼板宽度与动臂内宽度 以及前腹 构的最佳设计方案。 板板厚之间的关联性 ，具体关系式为： QIAN_XIA_K=2×(QIAN FUHOU+12)+ 1 动臂三维模型的建立 HOU IA K2 1．1 动臂参数化模型的建立 其中，QIAN_XIA_K是被驱动参数，不作为优化 以某液压挖掘机动臂为例 ，在 Workbench 参数。其他参数的关系式(部分)如图2所示。 DesignModeler模块中建立该动臂结构的参数化模 1．2 动臂优化参数的确定 型，如图l所示 。为避免动臂各结构在优化过程中 为了达到动臂结构减重的目的，同时兼顾实际 基金项 目：国家科技支撑计划项 目(201IBAF11B01) 作者简介：施朝坤 (1986一)，男，贵州黎平人，助理工程师，学士，研究方向：液压挖掘机结构轻量化研究。 一 44— 学兔兔 设计要求和生产加工工艺标准，从动臂参数化模型 中选择板厚、板长、结构形状及截面尺寸等36个主 要参数作为