[00316496]大型工程机械装备强度及结构轻量化设计

大型工程机械装备是广泛应用于工程运输、建筑工程、矿产采掘、加工制造等领域的重要基础设备，特定服役工况条件下常要求其具有较高的强度、刚度以及轻量化机身，合理的结构设计不仅能提高特定工况下的强度刚度、抗振抗疲劳性能及服役寿命，且在当今国际国内节能环保的潮流和趋势下，实现工程机械整体结构轻量化尤为重要。本成果围绕大型工程机械装备强度及结构轻量化设计，以薄基岩煤层采掘液压支架、锻造液压机等为典型实例，开展了如下研究： 1）对传统薄基岩煤层采掘液压支架关键部件及整架进行静力学强度、刚度、模态、疲劳、瞬态动力学等分析，结合液压支架工作特点及轻量化要求对其进行结构优化设计，并对优化后的结构进行力学性能校核，通过SG1000新型结构钢进行材料选用优化后液压支架可减重22%。基于液压支架关键构件的破损形式和结构分析结果，优选构件材料，改进其加工工艺（如对刚体采用冷拔、整体挤压工艺；对一些铸造件改用先进的等温锻造整体成形；对一些耳轴类件采用模锻工艺整体成形；对顶梁、掩护梁、底座的焊接框架式结构局部采用板料折弯成形工艺等）。成功解决了液压支架顶板开焊、炸缸、顶穿等缺陷。通过液压支架结构设计及优化，使得液压支架在满足高强度、高可靠、高稳定性的同时达到轻量化目标。 优化前位移分布和应力分布云图 优化后位移分布和应力分布云图 应用于淮南矿业集团的液压支架

2）液压机是锻造工艺生产中应用最广的设备之一，本成果所研究的6300KN液压机是针对多向模锻工艺而设计研制的一种专用设备，但在该机架的设计过程中仍然采用传统的设计方法，存在结构冗余、成本高等弊端。本研究通过对预应力机架中部件之间接触面的应力进行分析，预判并选取了合理的预紧系数；利用Lancaos法对预应力组合机架结构进行有预应力各阶振型模态分析，预测出机身结构中的强度薄弱位置及共振可能性；以机身体积为目标函数，以侧梁的最大等效应力值和最大位移量为状态变量，对侧梁结构进行优化设计，优化后侧梁的总重量降低了4.75%，应力分布更加均匀。本研究利用有限元分析和结构优化等CAE技术对该液压机机身结构进行分析和设计，在确保机架结构有足够的强度和刚度的条件下，对机身结构进行改进，成功达到减轻产品重量的目的。 工作状态和预紧状态静力学分析 机身结构各阶振型模态分析 6300KN多向模锻液压机应用于重庆建设集团。