·机械研究与应用·2016年第2期（第29卷，总第142期） doi;10. 16576/j. cnki. 10074414.2016.02. 048
基于SolidWorks的控掘机铲斗分析与优化设计
般淑芳，尹开勤
（青岛滨海学院，山东青岛266555）
设计与制造
摘要：挖抵机铲斗是挖抵机工作装置中最为重要的部件之一，其在工作时，与石块、土壤等直接接触，工作条件极为患劣。其结构设计的合理与否，直接影响到挖据机铲斗的使用寿命。为解决这一问题，采用SolidWorksSimulation对挖据机铲斗进行有限元分析，采用实体、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。并应用SolidWorksSimulation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。关键词：挖抵机；铲斗；SolidWorksSimulation；优化设计
中图分类号：TD422.2
文献标志码：A
文亨编号：10074414(2016)02014103
Analysis and Optimum Design of Excavator Bucket Based on SolidWorks
YIN Shu-fang,YINKai-qin
( Qingdao Binhai Uniwersity, Qingdao Shandong 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 bucket. Using 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 excavato bucket under the extreme conditions, and increase the service life.
Key words : excavator; bucket; Solid Works Simulation; optimum design
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引言
挖掘机是通过其工作装置中的铲斗来挖掘土壤、煤泥、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。在其工作过程中，斗直接与物料接触，承受较大的冲击、摩擦载荷。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、应力集中[1]
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。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。
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。故在本次铲斗有限元强度分析时采用SolidWorksSimulation作为有限元分析平台[2]，对某企业的XE215CA型铲斗的
*收稿日期：2016-02-19
结构进行分析和设计优化。
铲斗强度的有限元分析思路 1
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。
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。
铲斗结构分析 2
铲斗结构如图1所示，其一般由斗壁、斗底、耳
板、斗齿及斗角等组成。主要设计数据有头底板厚度、耳板厚度、头壁厚度、斗角厚度、背板厚度、耳板间距、斗角长、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，
由铲斗的结构可知，构成铲斗主要结构的斗壁斗底、耳板均由钢板加工后经焊接而成。斗壁、斗底
作者简介：股淑芳（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。
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