基于Pro/E的TTW30挖装机工作机构的优化设计
TTW30挖装机工作装置采用全液压驱动。利用Pro/E对工作装置进行三维建模，同时建立其虚拟样机模型。针对挖装机挖掘与扒渣作业工况，利用Por/E/Mechanism模块对工作装置进行运动仿真和动力学仿真，找出工作过程中工作装置的极限工况。动力学仿真结果为工作装置的工作机构静力学分析提供载荷依据，进而利用Pro/E/Mechanica对工作机构进行强度校核与优化设计。
随着高速铁路事业的快速发展，高速铁路逐渐进入西部山区，隧道施工工程随之增加，挖装机在地下矿山、地下工程、水电涵洞、交通隧道等施工中已得到广泛应用。然而国内的挖装机并不完善，主要依赖于进口，针对这一现状，某公司最新研制了TTW30挖装机。它是一种全液压驱动的整体式挖装机，由底盘、工作装置、液压和电气控制系统以及辅助管路系统组成。
1、工作装置驱动原理与结构
TTW30挖装机的工作装置共有14个动作，分别是:大臂伸出、斗杆伸出、摆动伸出、铲斗伸出、大臂伸出和斗杆收回、大臂伸出和斗杆伸出、大臂收回和斗杆伸出、铲斗收回和斗杆收回、铲斗伸出和斗杆收回、铲斗伸出和斗杆伸出、铲斗收回和斗杆伸出、铲斗收回和斗杆收回、铲斗伸出和斗杆伸出及大臂收回、铲斗收回和斗杆收回及大臂伸出。挖装机工作装置一般由几个相互作用的部分组成:工作装置支座、斗杆油缸、动臂总成、动臂油缸、前臂总成、铲斗油缸、连杆总成、推杆总成、铲斗。工作装置是具有传动执行装置的机械，是挖装机赖以完成工作任务的实体，由杆件和关节组成。其主体结构如图1所示。
图1 工作装置结构图
2、工作装置的Pro/E三维建模
由于作者后续将进行工作装置的动力学分析，因此采用Pro/E的建模原则是:工作装置建模严格细化，其他主体结构尽量简化。在三维建模时，首先按照已有的二维图纸建立单个零件的三维模型，然后根据各个组成部分的装配关系建立子装配，最后进行总装配。形成总装三维图如图2所示。
图2 三维总装图
4、总结
介绍了挖装机工作装置的动作原理，该机构结构紧凑、动作范围广、可控性性好。一般多自由度机构运动过程的描述比较困难，作者利用Pro/E建立其三维样机模型，同时对挖掘扒渣工况进行动力学仿真，验证驱动油缸的选型合理;同时找出了挖掘扒渣过程中工作装置极限工况，而动力学仿真结果为工作装置的工作机构静力学分析提供理论依据;最后利用Pro/E中的Mechanica有限元分析模块，根据动力学仿真出的各关节受力数据，导入到Mechanica中进行静力学分析，直观得出两构件在两种工况中极限工况点对应的应力应变云图，验证构件刚度与强度处于合理范围;在此基础上对两个构件进行优化，在满足最大应力小于许用应力的情况下进行结构优化，对两构件减重了0.32t，尺寸趋于合理，不会在计算理论载荷范围内出现破坏，提高了动臂与前臂设计可靠性。
