液压挖掘机是工程机械领域中主要的土石方施工机械,在工业与民用建筑、道路建设、水利矿山、市政工程、机场港口以及国防设施等土石方施工场合中具有十分重要的作用。工作装置是液压挖掘机的重要组成部分,主要由铲斗、斗杆和动臂组成。铲斗作为最直接的承载件,在挖掘过程中与岩石、泥沙等直接接触滑移,巨大的外在作用力造成铲斗激烈的磨损。因此,铲斗的结构和形状是否合理直接影响到挖掘机性能的好坏。目前,在国内液压挖掘机设计中,对斗杆和动臂的参数化建模、应力分析和其结构的优化设计的研究较多,而对铲斗的参数化建模、形状优化的研究却相对较少。因此,研究液压挖掘机铲斗,优化铲斗形状对提高挖掘效率具有较高的实际工程价值和意义。本文将以某8.5T级的反铲液压挖掘机工作装置作为研究对象,以铲斗形状的优化设计为目标,一方面采用基于Visual Basic的液压挖掘机性能分析软件计算出某一特定工况下的挖掘阻力,在ANSYS中建立铲斗的参数化三维模型并划分网格、加载和求解,同时形成完整的APDL语言命令流;另一方面在MATLAB中,采用枚举法编写优化程序,调用ANSYS进行优化求解,最终得出铲斗形状的最优化设计方案。主要内容如下:①建立挖掘机整机运动学、力学模型,求解工作装置的铰点坐标及整机挖掘力大小数学表达式,在基于Visual Basic的反铲液压挖掘机性能分析软件中,选取最大挖深工况,即动臂处在最低位置,动臂缸全缩,斗齿尖、铲斗与斗杆交点和斗杆与动臂铰点三点成一直线,斗杆油缸与斗杆尾部之间的夹角为90°这一工况,计算作用在铲斗上的挖掘阻力。②在ANSYS中建立铲斗的参数化三维模型、划分网格、加载和求解,同时形成完整的APDL语言命令流程序。③在MATLAB中,采用枚举法编写优化程序,把ANSYS作为求解器,调用APDL命令流进行优化求解,最终得出铲斗形状的最优化设计方案。④将优化结果与原模型进行对比分析,证明本文所得铲斗最优化方案对提高铲斗性能,节约制造材料和挖掘机功率的有效性,为企业设计铲斗提供一定理论依据。