技术摘要：
本发明涉及一种新型拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法及系统。该方法包括：对挖掘机工具箱受到的振动能量累积分析，得到振动分析结果；根据振动分析结果，确定挖掘机工具箱承受的应力阈值；根据应力阈值，确定约束条件；将挖掘机工具箱后筋板的厚度作为设计变量；根  全部
背景技术：
挖掘机是重要的工程机械，有着推土运料的多种作用，挖掘机从纵向角度来说通 常分为三部分，第一部分为下车，主要作用为行走，越沟越槽；第二部分为平台及连接件，将 下部的履带部分与上部的覆盖件部分连接，实现对覆盖件的承载；第三部分为覆盖件，不同 覆盖件作用不同，主泵室封闭发动机、主泵，驾驶室提供整车方向位置控制，工具箱容纳车 灯，也是登高瞭望的重要台阶。目前工具箱多为薄壁件，为了防止振动过程中的受力不均通 常设计为左右对称结构，但由于挖掘机工作条件较为恶劣，与普通轿车不同，尤其是在野外 或者工地工作时，路面不平度较大，工具箱通常处于挖掘机纵向中轴线的左前端，在前进或 者作业过程中由于横向跨度使得工具箱两侧受力不同，对中间的连接件产生单侧弯曲效 果，加剧裂纹的产生和蔓延，另一方面，工具箱后侧围板为四边形结构，在左右晃动中并不 稳定。 目前现有的技术通常是针对故障点进行加厚处理，工具箱在长期工作过程中由于 不平衡振动产生能量累积，最终表现为应力集中，加厚可以一定程度上解决问题，对于有焊 接点的位置处的加厚会提高对焊点的要求，焊接成本上升；对于没有焊接点的位置进行加 厚会使得整个工具箱质量增加，对连接处产生负担，在交变载荷的作用下，惯性力增加，连 接处容易出现新的故障点。 目前的优化方法，缺点比较明显，针对于工具箱此类薄壁覆盖件，通常需要框架支 撑能达到较好的强度效果，而框架折弯处容易产生应力集中，通常会采用在折弯处加三角 筋来缓解应力集中问题，但无法从根源解决问题，依据悬臂梁受力原理，在三角筋相对较短 的连接处相当于悬臂梁的固定端，同样容易产生拉伸和断裂；工具箱整体的连接大多依靠 底面的螺栓连接，在振动过程中产生的惯性力也带来了很大的连接负担。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种新型拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法及系统，能 够减少挖掘机工具箱出现拉伸和断裂的问题，减少故障点，降低焊接成本。 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： 一种新型拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法，包括： 对挖掘机工具箱受到的振动能量累积分析，得到振动分析结果； 根据所述振动分析结果，确定挖掘机工具箱承受的应力阈值； 根据所述应力阈值，确定约束条件； 将挖掘机工具箱后筋板的厚度作为设计变量； 根据所述设计变量，建立目标函数； 4 CN 111597662 A 说　明　书 2/7 页 根据所述约束条件和所述目标函数，确定挖掘机工具箱后筋板的厚度分布结果； 根据所述厚度分布结果，设计挖掘机工具箱。 可选的，所述根据所述应力阈值，确定约束条件，具体包括： 根据所述应力阈值，确定应力均方根值； 根据应力均方根值采用σRMS≤70MPa，确定约束条件； 其中，σRMS表示应力均方根值。 可选的，所述根据所述设计变量，建立目标函数，具体包括： 根据所述设计变量，建立目标函数： V＝f(D)＝s(d1,d2,...,dn) 其中，s为横截面积，D＝(d1,d2,...,dn)，d1,d2,...,dn为材料的厚度。 可选的，所述根据所述约束条件和所述目标函数，确定挖掘机工具箱后筋板的厚 度分布结果，具体包括： 根据所述约束条件求解所述目标函数在应力积累最小时的解集； 根据所述解集，确定挖掘机工具箱后筋板的厚度分布结果。 一种新型拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计系统，包括： 振动分析结果确定模块，用于对挖掘机工具箱受到的振动能量累积分析，得到振 动分析结果； 应力阈值确定模块，用于根据所述振动分析结果，确定挖掘机工具箱承受的应力 阈值； 约束条件确定模块，用于根据所述应力阈值，确定约束条件； 设计变量确定模块，用于将挖掘机工具箱后筋板的厚度作为设计变量； 目标函数建立模块，用于根据所述设计变量，建立目标函数； 厚度分布结果确定模块，用于根据所述约束条件和所述目标函数，确定挖掘机工 具箱后筋板的厚度分布结果； 挖掘机工具箱设计模块，用于根据所述厚度分布结果，设计挖掘机工具箱。 可选的，所述约束条件确定模块，具体包括： 应力均方根值确定单元，用于根据所述应力阈值，确定应力均方根值； 约束条件确定单元，用于根据应力均方根值采用σRMS≤70MPa，确定约束条件； 其中，σRMS表示应力均方根值。 可选的，所述目标函数建立模块，具体包括： 目标函数建立单元，用于根据所述设计变量，建立目标函数： V＝f(D)＝s(d1,d2,...,dn) 其中，s为横截面积，D＝(d1,d2,...,dn)，d1,d2,...,dn为材料的厚度。 可选的，所述厚度分布结果确定模块，具体包括： 解集确定单元，用于根据所述约束条件求解所述目标函数在应力积累最小时的解 集； 厚度分布结果确定单元，用于根据所述解集，确定挖掘机工具箱后筋板的厚度分 布结果。 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果： 5 CN 111597662 A 说　明　书 3/7 页 本发明从源头解决应力集中，减少故障点，在后侧骨架处添加平面设计区域，以全 局应力小于上限值为优化目标，以体积最小作为优化约束，进行迭代计算，使结构由开口四 边形结构优化为稳定三角形结构，将弯折点所受的弯矩受力转化为杆的拉压，能够减少挖 掘机工具箱出现拉伸和断裂的问题，减少故障点，降低焊接成本。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。 图1为弯矩产生原理示意图； 图2为传统后围板简化示意图； 图3为传统加强筋尾板处简化示意图； 图4为传统加筋方式疲劳实验结果示意图； 图5为新型拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计方法流程图； 图6为拓扑优化后的结果示意图； 图7为挖掘机工具箱设计结构图； 图8为新型拓扑结构轻量化挖掘机工具箱设计系统结构图。