工作装置是装载机的重要组成部分,其结构设计是否合理将直接影响到装载机的燃油经济性和生产成本。如何在保证工作装置使用、安全等性能和成本控制的前提下,将轻量化设计技术、新材料技术、制造工艺三大技术有机结合实现工作装置的轻量化,成为装载机技术研发的方向。虽然通过采用新的材料的方法可以有效的减轻装载机质量,但是这些新兴材料制造工艺复杂,成本较高,短时间内难在装载机上有所应用,因此基于拓扑优化的工作装置结构轻量化设计技术是目前研究的热点。本文以ZL50G轮式装载机的工作装置为研究对象,进行了五种典型工况的静力学分析,在此基础上对其进行了轻量化设计,结果表明在满足强度、刚度的前提下实现了工作装置的减重。论文的主要研究内容如下:(1)工作装置有限元建模。首先利用CATIA软件创建工作装置的三维模型,将其导入Hypermesh软件中对其进行几何简化,几何清理,选取合适的单元对工作装置进行网格划分,建立该工作装置的有限元模型。(2)工作装置静力分析。为了预测工作装置在使用中的疲劳破坏和承载能力,在Hypermesh软件中对工作装置进行正载插入工况、正载掘起工况、偏载插入工况、偏载掘起和动臂举升卸载五种工况下的强度分析,得到其应力和位移云图,并分析工作装置的变形和应力状况,以此评价工作装置的静力特性。结果表明,该工作装置的强度、刚度满足使用要求,具有轻量化潜力。(3)工作装置模态分析。通过模态分析,得出动臂的固有频率以及固有振型,为工作装置是否产生共振提供理论依据,为后续工作装置的优化设计提供了可靠的参考依据。(4)动臂轻量化设计。本文基于灵敏度分析对工作装置进行尺寸优化,其次对动臂进行拓扑优化;再对优化后的模型进行强度、模态校核验证。分析结果表明,动臂在满足性能约束的前提下,尺寸优化后的动臂较之原动臂质量减轻了4.68%,拓扑优化后的动臂较优化前减轻了19.25%,实现了动臂的轻量化,说明本文提供的动臂轻量化思路是可行的,对今后动臂的设计、优化有一定的参考意义。