结构件设计方法、装置及挖掘机与流程

本发明涉及机械工程，尤其涉及一种结构件设计方法、装置及挖掘机。

背景技术：

1、挖掘机作为一种重型工程机械，在矿山开采、城市建设以及抢险救灾等领域有着广泛应用。

2、通常情况下，可以通过增大挖掘机的铲斗的斗容的方式，提高挖掘机的工作效率。为了保障挖掘机的安全作业，在增大挖掘机的铲斗的斗容的同时，需要对挖掘机中动臂、斗杆等结构件进行加强。

3、相关技术中，通常采用局部结构增厚的方式对挖掘机中动臂、斗杆等结构件进行加强，从而提高挖掘机中动臂、斗杆等结构件的强度，例如，可以通过局部增加加强板、加强筋或填充物的方式，增加上述结构件的强度；或者，还可以通过将局部焊接机改为铸造件的方式，增加上述结构件的强度。但是，上述方式虽然可以在一定程度上提高挖掘机中的结构件的强度，却会增加挖掘机的工作装置重量，进而导致挖掘机的能耗增加。因此，如何通过挖掘机结构件的设计，使得挖掘机铲斗的斗容增大的同时不增加挖掘机的工作装置重量，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种结构件设计方法、装置及挖掘机，用以解决现有技术中难以在增大挖掘机的铲斗的斗容的同时，不增加挖掘机的整机重量的缺陷，实现通过挖掘机结构件的设计，使得设计好的挖掘机结构件能够满足挖掘机铲斗的斗容增大的同时不增加挖掘机的整机重量。

2、本发明提供一种结构件设计方法，包括：

3、基于待设计结构件的减重目标值以及所述待设计结构件中每一分段结构的钢板厚度的原始值，获取每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值；

4、基于每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值，获取每一所述分段结构的目标参数的目标值之后，基于每一所述分段结构的目标参数的目标值，确定每一所述分段结构的钢板厚度的第二取值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值；

5、基于每一所述分段结构的钢板厚度的第二取值和每一所述分段结构钢板材料的屈服强度的目标值，获取每一所述分段结构的预测疲劳寿命的目标值之后，基于每一所述分段结构的预测疲劳寿命的目标值和每一所述分段结构的预测疲劳寿命的原始值，确定每一所述分段结构的钢板厚度的目标值；

6、基于每一所述分段结构的钢板厚度的目标值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，生成所述待设计结构件的设计结果；

7、其中，所述待设计结构件包括动臂和/或斗杆；所述减重目标值是基于目标铲斗的增容量确定的；所述目标参数包括用于描述结构的强度性能、刚度性能以及安全性能的参数。

8、根据本发明提供的一种结构件设计方法，所述基于每一所述分段结构的预测疲劳寿命的目标值和每一所述分段结构的预测疲劳寿命的原始值，确定每一所述分段结构的钢板厚度的目标值，包括：

9、在任一分段结构的结构疲劳寿命的目标值小于原始值的情况下，基于第一预设步长逐步增大所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值，直至所述任一分段结构的结构疲劳寿命的目标值不小于所述任一分段结构的结构疲劳寿命的原始值之后，将增大后的所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值，确定为所述任一分段结构的钢板厚度的目标值，

10、在所述任一分段结构的结构疲劳寿命的目标值大于原始值与预设权重的乘积的情况下，基于第二预设步长逐步减小所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值，直至所述任一分段结构的结构疲劳寿命的目标值不大于所述任一分段结构的结构疲劳寿命的原始值与预设权重的乘积之后，将减小后的所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值，确定为所述任一分段结构的钢板厚度的目标值，

11、在所述任一分段结构的结构疲劳寿命的目标值不小于原始值且不大于所述原始值与预设权重的乘积的情况下，将所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值，确定为所述任一分段结构的钢板厚度的目标值；

12、其中，所述预设权重大于1。

13、根据本发明提供的一种结构件设计方法，所述目标参数，包括：截面系数、截面应力和安全系数；

14、所述基于每一所述分段结构的目标参数的目标值，确定每一所述分段结构的钢板厚度的第二取值，包括：

15、在任一分段结构满足预设条件的情况下，将所述任一分段结构的钢板厚度的第一取值确定为所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值，将所述任一分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的原始值，确定为所述任一分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，

16、在任一分段结构不满足所述预设条件的情况下，对所述任一分段结构的钢板厚度的第一取值、钢板材料的屈服强度的原始值、箱体内宽的原始值以及箱体内高的原始值中的至少一个进行修正，使得所述任一分段结构满足所述预设条件之后，基于修正结果，确定所述任一分段结构的钢板厚度的第二取值；

17、其中，所述预设条件包括所述任一分段结构的目标参数的目标值均不小于原始值。

18、根据本发明提供的一种结构件设计方法，基于每一所述分段结构的目标参数的目标值，确定每一所述分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，包括：

19、基于每一所述分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的原始值以及所述修正结果，确定每一所述分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的第一取值；

20、基于每一所述分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的第一取值以及每一所述分段结构的安全系数的原始值和目标值，获取每一所述分段结构对应的屈服强度区间；

21、基于每一所述分段结构的钢板厚度的第二取值以及每一所述分段结构所采用钢板材料的焊缝性能的原始值，通过焊接工艺试验，在每一所述分段结构对应的屈服强度区间中确定目标性能最优的屈服强度值，作为每一所述分段结构所采用的钢板材料的屈服强度的目标值；

22、其中，所述目标性能包括母材的拉伸性能、焊缝的拉伸性能、低温冲击韧性以及疲劳强度中的至少一种；所述低温包括低于-40℃的温度。

23、根据本发明提供的一种结构件设计方法，所述在任一分段结构不满足所述预设条件的情况下，对所述任一分段结构的钢板厚度的第一取值、钢板材料的屈服强度的原始值、箱体内宽的原始值以及箱体内高的原始值中的至少一个进行修正，使得所述任一分段结构满足所述预设条件之后，所述方法还包括：基于所述修正结果，确定所述任一分段结构的箱体内高的目标值和箱体内宽的目标值；

24、在所述任一分段结构的箱体内高的目标值不同于原始值的情况下，将所述任一分段结构的箱体内高的目标值确定为所述待设计结构件的设计结果，在所述任一分段结构的箱体内宽的目标值不同于原始值的情况下，将所述任一分段结构的箱体内宽的目标值确定为所述待设计结构件的设计结果。

25、根据本发明提供的一种结构件设计方法，所述基于待设计结构件的减重目标值以及所述待设计结构件中每一分段结构的钢板厚度的原始值，获取每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值，包括：

26、基于待设计结构件的减重目标值以及所述待设计结构件中每一分段结构的钢板厚度的原始值，计算得到每一所述分段结构的钢板厚度的第一原始取值；

27、对每一所述分段结构的钢板厚度的第一原始取值进行圆整处理，获得每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值。

28、根据本发明提供的一种结构件设计方法，在所述每一所述分段结构的钢板厚度的目标值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值之后，所述方法还包括：

29、基于每一所述分段结构的钢板厚度的目标值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，确定每一所述分段结构所采用的钢板材料的型号；

30、将每一所述分段结构所采用的钢板材料的型号确定为所述待设计结构件的设计结果。

31、根据本发明提供的一种结构件设计方法，所述基于待设计结构件的减重目标值以及所述待设计结构件中每一分段结构的钢板厚度的原始值，获取每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值之前，所述方法还包括：

32、基于所述待设计结构件的截面变化情况以及受力变化情况，将所述待设计结构件分割为预设数量个分段结构。

33、本发明还提供一种结构件设计装置，包括：

34、第一计算模块，用于基于目标挖掘机中待设计结构件的减重目标值以及所述待设计结构件中每一分段结构的钢板厚度的原始值，获取每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值；

35、第二计算模块，用于基于每一所述分段结构的钢板厚度的第一取值，获取每一所述分段结构的目标参数的目标值之后，基于每一所述分段结构的目标参数的目标值，确定每一所述分段结构的钢板厚度的第二取值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值；

36、第三计算模块，用于基于每一所述分段结构的钢板厚度的第二取值和每一所述分段结构钢板材料的屈服强度的目标值，获取每一所述分段结构的预测疲劳寿命的目标值之后，基于每一所述分段结构的预测疲劳寿命的目标值和每一所述分段结构的预测疲劳寿命的原始值，确定每一所述分段结构的钢板厚度的目标值；

37、结果输出模块，用于基于每一所述分段结构的钢板厚度的目标值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，生成所述待设计结构件的设计结果；

38、其中，所述待设计结构件包括动臂和/或斗杆；所述减重目标值是基于目标铲斗的增容量确定的；所述目标参数包括用于描述结构的强度性能、刚度性能以及安全性能的参数。

39、本发明还提供一种挖掘机，包括：结构件；所述结构件包括动臂和/或斗杆；所述结构件是基于如上任一所述的结构件设计方法设计得到的。

40、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述结构件设计方法。

41、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述结构件设计方法。

42、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述结构件设计方法。

43、本发明提供的结构件设计方法、装置及挖掘机，通过基于目标挖掘机中待设计结构件的减重目标值以及待设计结构件中每一分段结构的钢板厚度的原始值，获取每一分段结构的钢板厚度的第一取值之后，基于每一分段结构的钢板厚度的第一取值，获取每一分段结构的目标参数的目标值，进而每一分段结构的目标参数的目标值，确定每一分段结构的钢板厚度的第二取值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，基于每一分段结构的钢板厚度的第二取值和每一分段结构钢板材料的屈服强度的目标值，获取每一分段结构的预测疲劳寿命的目标值之后，基于每一分段结构的预测疲劳寿命的目标值和每一分段结构的预测疲劳寿命的原始值，确定每一分段结构的钢板厚度的目标值，进而将每一分段结构的钢板厚度的目标值以及所采用的钢板材料的屈服强度的目标值，确定为待设计结构件的设计结果，能通过挖掘机结构件的设计，使得设计好的挖掘机结构件能够满足挖掘机铲斗的斗容增大的同时，不增加挖掘机的整机重量以及不降低挖掘机中结构件的使用寿命，进而能更好地满足挖掘机节能减排的需求，能提高用户感知。