针对实际挖掘过程中液压挖掘机铲斗铰点载荷谱难以获取、导致铲斗疲劳寿命难以分析的问题,提出基于常态挖掘轨迹的铲斗疲劳寿命分析方法。首先根据实际挖掘过程选取常态挖掘轨迹,对常态挖掘轨迹中各分段轨迹的液压缸理论挖掘力进行计算,得到挖掘阻力载荷谱;然后基于挖掘轨迹对工作装置挖掘过程进行仿真,获得铲斗铰点载荷谱;最后建立铲斗有限元模型,结合挖掘阻力和铰点载荷谱对铲斗静力学和疲劳寿命进行协同分析。以21T挖掘机铲斗为例,采用上述方法对其进行疲劳寿命分析,计算得到了J_(3)J_(4)轨迹中铲斗的最低疲劳寿命为3.2936×10^(7)次。铲斗疲劳寿命分析结果验证了该方法的可行性,为挖掘机工作装置的疲劳分析提供了参考。

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。