胡麗琴

摘 要：在挖掘機構(gòu)架中，動臂被看作必要部分，是承重的關(guān)鍵。施工的各階段內(nèi)，動臂都承受著沖擊性的瞬時荷載，因而很易扭曲變形或是隱含裂痕。從根本上看，動臂是否符合最佳的剛度及強度要求，密切關(guān)系到液壓挖掘機整體操作的質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計動臂，可以防控某一時段的應(yīng)力聚集，減輕動臂自身的重量。經(jīng)過優(yōu)化以后，設(shè)計出更合適的動臂尺寸。針對于液壓挖掘機，采納有限元解析的方式予以優(yōu)化設(shè)計，從根本上提升了挖掘機的精度，優(yōu)化生產(chǎn)實效。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機；動臂；優(yōu)化設(shè)計

在各類工程范圍內(nèi)，液壓挖掘機都經(jīng)常被選用。挖掘機可用于節(jié)省勞動，減低了勞動強度。對于土石方施工、搬運及機械施工，都可優(yōu)先選用液壓式的挖掘機。液壓挖掘機配備了動臂，可以承載瞬時的較強負荷[1]。在施工進程中，動臂應(yīng)能維持于最佳的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，慎重防控突然的斷裂及損傷。對于此，有必要解析動臂設(shè)計的優(yōu)化方式，在各類方案中篩選最適宜的優(yōu)化措施。

一、總體的優(yōu)化思路

技術(shù)快速進步，與之相伴的工程機械也表現(xiàn)出更優(yōu)的質(zhì)量水準。在新的階段內(nèi)，工程機械配備了計算機軟硬件，優(yōu)化了日常施工的方式。針對于零部件及整體機械，都可采納微機輔助下的優(yōu)化。在解析機械構(gòu)架時，也可選取有限元的特定方式。從現(xiàn)狀來看，某些軟件增設(shè)了配套性的接口，也配備了CAD平臺用于制作模型。這樣做，從根本上提升了解析時的精確性。然而，在轉(zhuǎn)換模型時，仍會耗費較多精力及時間用于修補原先的模型，因此制作出來的模型并沒能完全吻合設(shè)置的目標。若能采納有限元特定的解析方式，即可優(yōu)化現(xiàn)有的動臂參數(shù)。設(shè)定參數(shù)范圍，而后尋求最優(yōu)的數(shù)值信息[2]。

液壓挖掘機裝置中，動臂是關(guān)鍵的構(gòu)件。挖掘機在運轉(zhuǎn)時，動臂也承載了較大的上側(cè)負荷。然而日常施工的流程內(nèi)，沖擊性的瞬間負荷通常都會較高，這種狀態(tài)下的挖掘機很易超越設(shè)定的變形限度，造成彎曲變形。同時，設(shè)置動臂也要兼顧本身的剛度及強度。這是由于，配置的動臂是否合適，直接關(guān)系到應(yīng)力聚集的程度及挖掘機的順利運轉(zhuǎn)。優(yōu)化設(shè)計要借助于有限元軟件，創(chuàng)造無縫集成。這樣做，確保符合了設(shè)定的精度，提升優(yōu)化的成效并且可以指引實踐。

二、設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)

通常來看，若要解析某一問題，在工程學(xué)角度下先要予以抽象。在這之后，采納數(shù)學(xué)建模的設(shè)計方式。從這種角度看，優(yōu)化設(shè)計的根本宗旨即為構(gòu)建模型。液壓挖掘機設(shè)有動臂，這種構(gòu)件應(yīng)能順利運轉(zhuǎn)并且運送原料。但是與此同時，動臂也承受著較多的作用力。在優(yōu)化設(shè)計中，先要構(gòu)建必備的物理模型，考慮動臂本身的特性。給出限定條件，而后擬定必備的變量參數(shù)。經(jīng)過全方位優(yōu)化，即可配備最適宜的動臂性能指標。因此從整體來看，數(shù)學(xué)模型涵蓋了約束條件、設(shè)計的變量、相應(yīng)的目標函數(shù)。

液壓挖掘機這類裝置包含了動臂、鏟斗及配套的油缸，此外還配備了箱體的焊接結(jié)構(gòu)。在動臂的根部，銜接了鉸接的銷軸，平臺中部及前端也配備了必要的焊接結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)臺設(shè)置了支撐性的動力油缸，在鉸接作用下油缸將會反復(fù)伸縮，帶動了升降運動的動臂結(jié)構(gòu)[3]。

三、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

挖掘機在運轉(zhuǎn)的進程中，動臂表現(xiàn)出舉伸的作用力。唯有這樣，才會確保最合適的挖掘總量。對于此，液壓系統(tǒng)及配套的發(fā)動機都應(yīng)提升可承載的負荷總量，盡量滿負荷運轉(zhuǎn)。借助于發(fā)動機，提升了整體的挖掘機功率，獲取優(yōu)良的經(jīng)濟成效。經(jīng)過解析可得，若油缸完全伸縮，那么斗桿及動臂將會維持于同樣的基準線。在這時，動臂的鉸接點表現(xiàn)出最大受力，舉伸的作用力也可達到最佳。這種狀態(tài)下，動臂油缸可被提升至最高，目標函數(shù)設(shè)定為最小的比值。

經(jīng)過有限元分析，先要配備動臂的幾何模型。選取特定的軟件，快速生成更精準的有限元模型。優(yōu)化后的動臂模型表現(xiàn)出三維的實體性，可以輸入信息。在這種基礎(chǔ)上，改進了各部分動臂原有的尺寸。在焊接動臂時，可選取多型號的鋼材用于焊接。最好選取某一模型鋼材，設(shè)定合適的彈性模量及密度，泊松比也要適當。針對動臂的運轉(zhuǎn)特性，有限元分析包含了鉸接轉(zhuǎn)臺的自由移動度，應(yīng)當增設(shè)必要的自由度約束。在軸承方向上，還需施加荷載來表示各類支點分布的受力形態(tài)，因此可以確定優(yōu)化后的動臂設(shè)計[4]。

四、解析動臂的靈敏性

有限元分析中，配備了靈敏度分析的必要模塊，可用于評價定量及定性的動臂誤差。在模型校正及參數(shù)化過程中，有限元分析都被看作最合適的用具，它表征了描述系統(tǒng)時的不可確定性。從根本上看，局部及全局性的靈敏度解析都被包含在內(nèi)。優(yōu)化設(shè)計動臂時，不需考慮銜接性的其他裝置構(gòu)件。從力學(xué)原理來看，動臂鉸接點分布的應(yīng)力狀態(tài)都會帶來某些影響。為此，就要設(shè)置最佳敏銳度的動臂結(jié)構(gòu)，優(yōu)選合適的參數(shù)。

除了全局的敏銳度，還需衡量局部性的動臂敏銳程度。具體來看，局部的解析針對于變化中的單個參數(shù)，設(shè)置了精準的評價模型。篩選幾個參數(shù)，而后辨析了綜合設(shè)計帶來的動臂靈敏度影響。全局的優(yōu)化設(shè)計更注重于整體優(yōu)化，解析了參數(shù)相互的作用。在這種基礎(chǔ)上，確定了最大范圍內(nèi)的動臂性能影響，找出最合適的優(yōu)化數(shù)據(jù)范圍。滿足約束條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)能確保動臂體積減小、自身重量減輕，并且能夠分散原本集中的動臂應(yīng)力。

五、結(jié)語

液壓挖掘機的優(yōu)化設(shè)計不可缺失動臂的優(yōu)化，構(gòu)建了必要的優(yōu)化模型，從全方位入手優(yōu)化配備了動臂的性能。借助于有限元分析，設(shè)定了敏銳度等多樣的參數(shù)用于優(yōu)化。經(jīng)過全面優(yōu)化，設(shè)計出來的新式動臂符合了負載強度，可以分散應(yīng)力并且減輕負重。這樣做，選取了合適的動臂幾何尺寸，運轉(zhuǎn)的動臂將會表現(xiàn)出更優(yōu)的實效性。在未來實踐中，還需不斷摸索設(shè)計優(yōu)化的經(jīng)驗，服務(wù)于液壓挖掘機的施工實踐。

參考文獻：

[1]鄭惠強，王業(yè)文.液壓挖掘機動臂優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立[J].中國工程機械學(xué)報，2012（02）：142-144.

[2]陳健，周鑫，劉欣等.液壓挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].工程機械，2012（07）：19-22+5-6.

[3]朱奇，孫紀燕. 液壓挖掘機動臂優(yōu)化設(shè)計[J].工程機械，2012（09）：34-36+7.

[4]吳盛彬，劉孝保.液壓挖掘機動臂內(nèi)部筋板的拓撲優(yōu)化設(shè)計[J].新技術(shù)新工藝，2014（08）：43-45.