Повышение эффективности проектирования стрелы гидравлического экскаватора с применением современных методов оптимизации

Веревочкин Н.Г.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва

Ключевые слова: параметрическая оптимизация, метод конечных элементов, прочностной анализ, цифровая модель, гидравлический экскаватор, коэффициент запаса прочности, топологическая оптимизация.

Аннотация. В статье был проведен анализ механических характеристик экскаватора и оптимизация его стрелы путем сравнения различных параметров, таких как толщина и форма стрелы, распределение материала и соотношение эпюры напряжения и деформации к прочности конструкции. Основное внимание уделено последовательному выполнению двух этапов оптимизации, обеспечивающих комплексное улучшение конструкции. На первом этапе проводится параметрическая оптимизация, где определяются основные геометрические и материальные параметры в зависимости от коэффициента запаса прочности при выполнении метода конечных элементов. Следующим этапом становится топологическая оптимизация, где происходит перераспределение материала внутри конструкции при сохранении прочностных характеристик. Полученные результаты показывают, что совместный подход позволяет эффективно проектировать элементы сложных конструкций, снижая их вес и улучшая механические характеристики.

Improving the efficiency of hydraulic excavator boom design using modern optimization methods

Verevochkin N.G.

National University of Science and Technology "MISIS", Moscow

Keywords: parametric optimization, finite element method, strength analysis, digital model, hydraulic excavator, safety factor, topological optimization.

Abstract. The paper analyzed the mechanical performance of an excavator and optimized its boom by comparing various parameters such as boom thickness and shape, material distribution, and stress-strain diagrams ratio to structural strength. The focus is on performing two optimization steps sequentially to provide a comprehensive improvement of the design. At the first stage, parametric optimization is carried out, where the main geometric and material parameters are determined depending on the safety factor when performing the finite element method. The next step is topological optimization, where material redistribution within the structure is performed while maintaining the strength characteristics. The results obtained show that the joint approach allows to effectively design elements of complex structures, reducing their weight and improving their mechanical performance.