[发明专利]一种拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法及系统

说明书

本发明涉及一种拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法及系统。该方法包括：对挖掘机工具箱受到的振动能量累积分析，得到振动分析结果；根据振动分析结果，确定挖掘机工具箱承受的应力阈值；根据应力阈值，确定约束条件；将挖掘机工具箱后筋板的厚度作为设计变量；根据设计变量，建立目标函数；根据约束条件和目标函数，确定挖掘机工具箱后筋板的厚度分布结果；根据厚度分布结果，设计挖掘机工具箱。本发明能够减少挖掘机工具箱出现拉伸和断裂的问题，减少故障点，降低焊接成本。

技术领域

本发明涉及挖掘机工具箱设计领域，特别是涉及一种拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法及系统。

背景技术

挖掘机是重要的工程机械，有着推土运料的多种作用，挖掘机从纵向角度来说通常分为三部分，第一部分为下车，主要作用为行走，越沟越槽；第二部分为平台及连接件，将下部的履带部分与上部的覆盖件部分连接，实现对覆盖件的承载；第三部分为覆盖件，不同覆盖件作用不同，主泵室封闭发动机、主泵，驾驶室提供整车方向位置控制，工具箱容纳车灯，也是登高瞭望的重要台阶。目前工具箱多为薄壁件，为了防止振动过程中的受力不均通常设计为左右对称结构，但由于挖掘机工作条件较为恶劣，与普通轿车不同，尤其是在野外或者工地工作时，路面不平度较大，工具箱通常处于挖掘机纵向中轴线的左前端，在前进或者作业过程中由于横向跨度使得工具箱两侧受力不同，对中间的连接件产生单侧弯曲效果，加剧裂纹的产生和蔓延，另一方面，工具箱后侧围板为四边形结构，在左右晃动中并不稳定。

目前现有的技术通常是针对故障点进行加厚处理，工具箱在长期工作过程中由于不平衡振动产生能量累积，最终表现为应力集中，加厚可以一定程度上解决问题，对于有焊接点的位置处的加厚会提高对焊点的要求，焊接成本上升；对于没有焊接点的位置进行加厚会使得整个工具箱质量增加，对连接处产生负担，在交变载荷的作用下，惯性力增加，连接处容易出现新的故障点。

目前的优化方法，缺点比较明显，针对于工具箱此类薄壁覆盖件，通常需要框架支撑能达到较好的强度效果，而框架折弯处容易产生应力集中，通常会采用在折弯处加三角筋来缓解应力集中问题，但无法从根源解决问题，依据悬臂梁受力原理，在三角筋相对较短的连接处相当于悬臂梁的固定端，同样容易产生拉伸和断裂；工具箱整体的连接大多依靠底面的螺栓连接，在振动过程中产生的惯性力也带来了很大的连接负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法及系统，能够减少挖掘机工具箱出现拉伸和断裂的问题，减少故障点，降低焊接成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法，包括：

对挖掘机工具箱受到的振动能量累积分析，得到振动分析结果；

根据所述振动分析结果，确定挖掘机工具箱承受的应力阈值；

根据所述应力阈值，确定约束条件；

将挖掘机工具箱后筋板的厚度作为设计变量；

根据所述设计变量，建立目标函数；

根据所述约束条件和所述目标函数，确定挖掘机工具箱后筋板的厚度分布结果；

根据所述厚度分布结果，设计挖掘机工具箱。

可选的，所述根据所述应力阈值，确定约束条件，具体包括：

根据所述应力阈值，确定应力均方根值；

根据应力均方根值采用σ_RMS≤70MPa，确定约束条件；

其中，σ_RMS表示应力均方根值。

可选的，所述根据所述设计变量，建立目标函数，具体包括：

根据所述设计变量，建立目标函数：