[发明专利]支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置

说明书

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置。所述设计方法包括：由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；计算所述结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将所述基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求；和输出优化结构尺寸。上述设计方法能够针对轮缘结构薄弱区域进行针对性的设计优化，使轮缘结构尺寸更加合理。

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置。

背景技术

支重轮是工程机械四轮一带(驱动轮、导向轮、支重轮、托轮、履带)中的主要承载部件，其作用是将挖掘机重量传给地面。在支重轮工作状态下，其上的轮缘结构主要承受径向载荷，不但直接影响到支重轮的承载能力，还由于其易于磨损而关系到支重轮轮体的耐磨性能以及四轮一带的定位。具体而言，在支重轮轮体和链轨节踏面之间发生微动、滚动和滑动时，两者形成属于干摩擦的摩擦副，其中支重轮轮缘结构对支重轮磨损的敏感度最高，随着支重轮磨损加剧，不但其上轮缘结构的弯曲强度不断下降，还通过尺寸偏差的逐步加大间接影响支重轮轮缘对四轮一带的定位。

针对上述支重轮的工作特性，相关的支重轮轮缘尺寸设计方法无法找到轮缘结构的薄弱点，并作出针对性的结构修改与强化。而是通过同类产品进行类比设计，仅仅考虑支重轮轮体的强度要求，导致轮缘尺寸设计不合理。类比的设计方法容易导致支重轮的轮缘结构尺寸设计产生冗余或不足，其中设计冗余使支重轮的轮缘结构尺寸过大，强度过剩，加剧局部磨损，而设计不足则容易使支重轮的轮缘结构尺寸过小，局部强度、耐磨性以及磨损后的强度均不足，影响四轮一带定位。

此外，相关的支重轮轮缘尺寸设计方法也未能将支重轮轮缘的强度要求、磨损要求分别与应力场、硬度场匹配，并将基于磨损的设计与基于强度的设计有机耦合起来。

发明内容

本发明的至少一个目的是提出一种能够针对轮缘结构薄弱区域进行针对性优化的设计方法以及设计装置。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种轮缘尺寸的设计方法，其特征在于，包括：由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；计算所述结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将所述基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求；和输出优化结构尺寸。

在一些实施例中，所述轮缘应力场包括静应力场和疲劳应力场。

在一些实施例中，所述轮缘强度要求包括强度最大值要求，以及从轮缘表面指向轮缘内部的强度沿深度分布要求。

在一些实施例中，所述方法还包括：根据所述轮缘应力场寻找非结构危险位置；计算所述非结构危险位置处的轮缘强度要求；和依据所述非结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述非结构危险位置满足并接近于轮缘强度要求。

在一些实施例中，所述方法还包括：基于所述初始结构尺寸，计算得到轮缘硬度场；基于所述轮缘基本工作参数及初始结构尺寸，计算轮缘的磨损要求；和依据所述磨损要求确定基于磨损设计的轮缘尺寸，并将基于磨损设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使所述优化结构尺寸的轮缘硬度场满足所述磨损要求。

在一些实施例中，所述轮缘的磨损要求包括磨损极限要求和硬化层深度要求。