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斗齿结构优化的实例
[2018/12/25]

  以WK-4斗齿为例,选取斗齿的材料为ZGMn13,其压强为150MPa,取斗齿结构中每个单元在Z方向上的厚度为设计变量,斗齿结构体积最小(即重量最轻)作为目标函数,各块单元的VonMises应力不超过其许用值作为的约束条件。

  利用齿行法,对斗齿进行敏感度分析和优化迭代,图2—图4列出了单独铲掘(a工况)、配合铲掘(b工况)和分层铲掘(c工况)三种工况下斗齿应力分布及其性质在优化前后的变化情况。

图2 优化前后工况a斗齿应力分布及形状变化图

图3优化前后工况b斗齿应力分布及形状变化图

图4 优化前后工况c斗齿应力分布及形状变化图

  从图中可以看出,在a工况下,优化后的斗齿应力虽然有所提高,但由于应力集中区为齿尖前端,且最大应力与许用应力相差较远,它对斗齿的结构没有太大影响。在b—c工况下优化后的斗齿应力有了较大的降低。几个应力比较集中的位置如上部前插销孔处,通过加厚断面,使该处应力趋于缓和。

  对于应力很小的齿座区域断面,大大地减小了断面高度尺寸,使斗齿重量降低,从优化前的F(x)=129kg下降到优化后的F(x)=103kg,下降幅度达到百分之二十五,经济效益得到提高。

  将优化后的斗齿用于施工现场,统计发现,在相同的施工条件下,优化后斗齿的使用时间比优化前提高了60多个小时,使用时间延长了百分之三十。

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