装载机执行机构作为装载机工作时的主要部件,由于有时工作环境比较恶劣,因此,对其执行机构的性能及刚强度提出了很高的要求。传统的执行机构设计过程中,为了保证执行机构能在比较恶劣的环境中工作,设计者在设计过程中往往采用比较保守的方式,比如增加杆臂的厚度等。随着装载机数量的增多,这就造成了许多材料的浪费,同时,也增加了执行机构自身的重量,从而影响了产品的整体特性和经济性。因此,为提高装载机的整体性能和市场竞争力,对装载机执行机构的轻量化研究具有十分重要的意义。本课题根据企业的要求和国内外及本单位研发中心的研究现状,以多功能履带式装载机执行机构为研究对象,基于非线性有限元理论、虚拟样机技术、结构优化理论,结合试验对装载机在工作时的各个工况下的受力进行研究,在保证原有工作性能的情况下,运用拓扑优化、尺寸优化、形貌优化相结合的方法,对装载机执行机构进行轻量化设计,具体研究内容如下:(1)通过对装载机工作状态的研究,确定装载机执行机构的运动工况,同时建立执行机构工作过程中的数学模型,得到各工况下的受力情况及解析值。(2)建立装载机执行机构的三维实体模型,并通过专用接口将其导入仿真软件ADAMS中,进行各工况下的动态仿真,并将仿真结果与数学模型结果相对比,验证其仿真的准确性。(3)将在SolidWorks中建好的三维实体模型通过专用接口导入到有限元分析软件ANSYS中,采用Lanczos法对其进行模态分析。(4)根据虚拟样机得出的各工况下的载荷谱,将其加载到ANSYS中的有限元模型上,得出各工况下装载机执行机构的应力和位移情况,并评价其力学性能,为后面的优化提供参考和依据。(5)根据有限元分析结果,确定轻量化方案,同时对优化方案进行参数化建模,运用多目标遗传算法得到其最佳优化方案。(6)在各项指标均满足设计要求的前提下,运用Fatigue Tool对装载机执行机构进行疲劳寿命分析,估计其最小使用寿命。