极限挖掘载荷下挖掘机铲斗轻量化设计

来源：机床与液压杂志2022年第12期北京时间：

作者：孙浩然，任志贵，刘菊蓉，冯明豪，李佳豪

单位：陕西理工大学机械工程学院；陕西理工大学机械工程学院；陕西理工大学机械工程学院；陕西理工大学机械工程学院；陕西理工大学机械工程学院

摘要：为研究如何在满足强度要求的前提下降低铲斗的质量，提出一种基于连续挖掘轨迹和极限挖掘力的铲斗轻量化设计方法。基于连续轨迹理论选定当挖掘机器人动臂处于主挖区内，由铲斗、斗杆液压缸交替挖掘的4段轨迹作为研究前提，计算并分析了连续轨迹上极限挖掘力的数值变化规律；使用APDL语言建立铲斗参数化模型，以极限挖掘力为外载荷研究铲斗结构强度的变化规律；以铲斗质量和应力为优化目标建立铲斗结构优化模型，使用遗传算法对铲斗进行优化。结果表明：铲斗液压缸挖掘时铲斗的应力、变形明显大于斗杆挖掘；优化后铲斗的质量减少了5.27%、最大应力减少了6.23%，验证了优化方法的可行性。

关键词：挖掘机器人;铲斗;极限挖掘力;强度分析;轻量化

基金资助：国家自然科学基金青年科学基金项目（51605270）；陕西省科技厅自然科学基金（2020JM-600）