基于doe方法的液压挖掘机斗杆优化设计

　　引言

　　选取斗杆参数化模型中主要设计参数作为结构轻量化设计的优化变量,利用优化软件OptiSLang对结构进行优化设计。以斗杆总质量最小为优化目标,在保证结构具有足够刚度和强度的条件下,寻求最优设计方案,使斗杆整体箱型结构具有最佳承载能力。

　　1DOE设计方法

　　DOE(DesignofExperiment)设计方法是基于过程优化环节，分析输入与输出参数之间的变化关系，辨识诸多参数中的关键因子，确定最佳参数组合，为后续进行结构优化设计与结构强度优化等提供有效的技术分析方法。

　　2建立参数化模型

　　基于Pro/E创建参数化模型，对诸多部件进行完整定义，输入各部件之间关系式和对应的参数，模型中所有尺寸直接由定义的参数来控制，参数设计时要充分考虑分析模型后续更新以及零部件之间的干涉情况。参数化模型创建完成后可以直接使用已提前定义的参数对模型进行修改更新，可以方便、有效地进行结构强度优化和拓扑优化分析。分析前当Pro/E与ANSYSWorkbench之间数据传递时，参数化模型首次导入ANSYSWorkbench后可以直接对模型进行尺寸控制。Pro/E中建立好的全参数化斗杆模型与参数关系式如图2、图3所示。

　　3斗杆DOE优化设计

　　3.1输入变量值

　　本文以液压挖掘机工作装置主要运动部件斗杆箱体结构作为研究对象，斗杆一般是由钢板焊接而成的箱型结构,在斗杆箱体DOE优化时，充分考虑箱体内肋板在斗杆回转时承受弯扭作用，因此斗杆内肋板的合理设计对斗杆整体箱型强度有非常重要的作用。参数设计时，斗杆主要的输入参数变量有内肋板板厚hou、斗杆后支座中心与内肋板连线与水平方向角度jiaodu、内肋板与水平方向角度角度jiao－du2，主要参数示意如图4所示。定义各主要参数变量的取值区间，如表1所示。

　　3.2输出参数设置

　　基于DOE设计方法的斗杆优化设计，以保证斗杆最佳力学性能即足够的强度和刚度，优化斗杆总质量为目标。因此，分析中合理设置目标监测位置，斗杆内肋板关键控制点的等效应力P6，斗杆等效应力较大区域P4、P5，以及斗杆总质量P7作为此次优化目标，并取相应位置的最大等效应力与总质量作为响应输出参数。通过对输入和输出参数之间变量正交计算与结果对比分析，得出参数间影响及变化规律。输出目标位置监测点及最大等效应力参数定义如图5所示。

　　3.3DOE分析加载与结果分析