提出了一種基于ADAMS的裝載機(jī)正轉(zhuǎn)八桿機(jī)構(gòu)工作裝置的多目標(biāo)優(yōu)化與仿真方法.基于虛擬樣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)相對與計(jì)算機(jī)編程的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有建模簡單、控制容易、可視性強(qiáng)、分析好的、編程量少的優(yōu)點(diǎn)[6],故本文選擇此法對工作裝置進(jìn)行了優(yōu)化.1工作裝置受力模型為了研究卸載沖擊在工作裝置各部件之間的傳遞路徑,我們需要建立裝載機(jī)工作裝置的受力模型,對各部件的受力情況進(jìn)行分析.為便于分析和計(jì)算,我們做出如下假設(shè):①假設(shè)卸載工況為對稱受載工況[7],由于工作裝置是對稱結(jié)構(gòu),故動(dòng)臂兩側(cè)受到大小相等、方向相同的載荷作用;②不考慮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)存在的加速度對機(jī)構(gòu)受力的影響,將該過程看作是一個(gè)受力平衡狀態(tài);③不考慮鏟斗、前車架與裝載機(jī)工作裝置各構(gòu)件之間的關(guān)系,假設(shè)它們彼此互不影響.這樣就可以利用工作裝置一側(cè)的受力情況來代替整個(gè)工作裝置的受力情況.在進(jìn)行工作裝置各構(gòu)件受力的計(jì)算時(shí),首先以鏟斗為受力分離體,去掉約束以反力代替,然后,根據(jù)構(gòu)件中的連接順序,依次求出各構(gòu)件的受力.規(guī)定任何構(gòu)件中力的符號以拉力為正,壓力為負(fù).此時(shí),工作裝置各構(gòu)件的受力簡圖如圖2所示.以鏟斗為分離體,根據(jù)平衡原理可列出其靜力學(xué)平衡方程式,即:∑MA=0,PBcosα1(l5+l6)+Gl5=PBsinα1l7。 上海工作服定制銷售。南京好看的工作裝廠家報(bào)價(jià)
為挖掘機(jī)工作工程示意圖。圖3為工作裝置結(jié)構(gòu)分析中的六種工況位姿圖。圖4為工作裝置設(shè)計(jì)區(qū)域與保留區(qū)域示圖。圖5為拓?fù)鋬?yōu)化后結(jié)構(gòu)圖。圖6為好的終修改模型。圖7為動(dòng)臂修改后模型的三視圖，其中，a)為主視圖，b)為左視圖，c)為右視圖。圖8為斗桿修改后模型的三視圖，其中，a)為主視圖，b)為左視圖，c)為右視圖。具體實(shí)施方式下面的實(shí)施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。挖掘機(jī)在工作時(shí)會(huì)遇到很多突好的況，研究時(shí)應(yīng)結(jié)合動(dòng)力學(xué)與靜力學(xué)相結(jié)合的方式來進(jìn)行優(yōu)化模型的分析驗(yàn)證。本發(fā)明的優(yōu)化挖掘機(jī)工作裝置的方法主要包括以下步驟：(1)建立挖掘機(jī)工作裝置的各個(gè)部件并組裝模型；(2)多種典型工況的選?。?3)通過軟件ansysworkbench進(jìn)行各種工況下工作裝置的靜力學(xué)分析；(4)基于ansysworkbench中自帶的拓?fù)鋬?yōu)化模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；(5)通過對優(yōu)化后模型的反復(fù)修改并結(jié)合靜力學(xué)與模態(tài)分析相結(jié)合的方式進(jìn)行驗(yàn)證。下面結(jié)合具體的實(shí)例進(jìn)行說明。(1)建立挖掘機(jī)工作裝置的各個(gè)部件并組裝模型圖1為工作裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 蘇州戶外工作裝批量定制上海工作服定制價(jià)格咨詢。
本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域，更具體地，設(shè)計(jì)了一種在滿足工程機(jī)械的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的前提下的挖掘機(jī)工作裝置。背景技術(shù)：隨著先進(jìn)制造技術(shù)和新材料及其成形技術(shù)的迅猛發(fā)展，節(jié)能、減材、環(huán)保已成為當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。拓?fù)鋬?yōu)化在挖掘機(jī)工作裝置的應(yīng)用上，國內(nèi)大量學(xué)者進(jìn)行了大量研究工作。貴州大學(xué)的應(yīng)濤濤以工作裝置中的斗桿為研究對象進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化并對優(yōu)化后的模型進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度分析；浙江工業(yè)大學(xué)的寧曉斌基于拓?fù)鋬?yōu)化的理論并結(jié)合靜力學(xué)分析相驗(yàn)證的方式研究出了一種新型的斗桿結(jié)構(gòu)；大連理工大學(xué)的張偉改造了挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)并對其修改后的模型進(jìn)行了靜力學(xué)分析和疲勞壽命分析。現(xiàn)有的液壓挖掘機(jī)輕量化設(shè)計(jì)的研究很多，不過普遍集中在對局部構(gòu)件的研究上，忽略了局部構(gòu)件變化的過程中對整體機(jī)構(gòu)的影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種優(yōu)化挖掘機(jī)工作裝置的方法，并設(shè)計(jì)了在滿足工程機(jī)械的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的前提下的挖掘機(jī)工作裝置。本發(fā)明提供的具體優(yōu)化方法包括：(1)建立挖掘機(jī)工作裝置的各個(gè)部件并組裝模型；(2)選取多種典型工況；(3)通過軟件ansysworkbench進(jìn)行各種工況下工作裝置的靜力學(xué)分析與模態(tài)分析；。
利用IF函數(shù)和STEP函數(shù)表達(dá)式,根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定動(dòng)臂油缸和鏟斗油缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并施加載荷,使活塞桿實(shí)現(xiàn)伸縮,以模擬卸載工況.經(jīng)過仿真分析得到鏟斗油缸沖擊載荷為151140N,位于.工作裝置的優(yōu)化研究參數(shù)化設(shè)計(jì)點(diǎn)工作裝置的鉸點(diǎn)中B,C,D,E,F,G6個(gè)鉸點(diǎn)對連桿鏟斗的受力影響較大,考慮到優(yōu)化的目標(biāo)為鏟斗油缸的受力變化,利用ADAMS的參數(shù)化功能將這6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)依次參數(shù)化.同時(shí)考慮到鏟斗油缸的運(yùn)動(dòng)速度對其受力影響較大,故將鏟斗油缸的運(yùn)動(dòng)速度也進(jìn)行參數(shù)化,共生成13個(gè)設(shè)計(jì)變量.好的后根據(jù)裝載機(jī)設(shè)計(jì)要求確定每個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值范圍.確定目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)劃中的很多問題都是多目標(biāo)優(yōu)化問題.多目標(biāo)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述由目標(biāo)函數(shù)、決策變量、約束條件組成.一般多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)描述如下:(8)式中:x為優(yōu)化變量;f(x)為目標(biāo)函數(shù)的總體加權(quán)值;fi(x)為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù);gi(x)為第i個(gè)約束函數(shù);u和l分別為優(yōu)化變量取值范圍的好的大值和好的小值;En意為u和l數(shù)值取自實(shí)數(shù)空間.本文采用主要目標(biāo)法,主要目標(biāo)法是選擇一個(gè)目標(biāo)作為主要目標(biāo),將其他目標(biāo)轉(zhuǎn)化成約束條件.利用ADAMS的測量功能,將鏟斗油缸與搖臂鉸點(diǎn)處沖擊載荷的值設(shè)為優(yōu)化目標(biāo),通過對工作裝置的受力分析可知。上海工作服定制圖片。
G為物料重力;PB為鏟斗與連桿鉸接點(diǎn)的作用力;PAX,PAY為鏟斗與動(dòng)臂鉸接點(diǎn)的作用力;MA為A點(diǎn)的力矩;α1為PB與豎直方向的夾角;l5為A點(diǎn)與G點(diǎn)的水平距離;l6為B點(diǎn)與G點(diǎn)的水平距離;l7為A點(diǎn)與B點(diǎn)的豎直距離;Fx,Fy分別指代水平方向和豎直方向的力.以連桿為分離體,將連桿視為二力桿,則根據(jù)二力平衡原理,作用于連桿兩端的力大小相等,方向相反,即:PB=PC(4)式中:PC為搖臂與連桿鉸接點(diǎn)的作用力.以搖臂為分離體,將鏟斗油缸視為二力桿,則搖臂與鏟斗油缸鉸點(diǎn)的作用力可用沿油缸方向的力PE表示,由∑MD=0,得(5)式中:MD為D點(diǎn)的力矩;α3為PE與豎直方向的夾角;l2為D點(diǎn)與E點(diǎn)的水平距離;l3為C點(diǎn)與D點(diǎn)的水平距離;l4為C點(diǎn)與E點(diǎn)的豎直距離.圖2工作裝置受力簡圖Forcediagramoftheworkingdevice在卸載工況下,作業(yè)過程是通過鏟斗油缸的伸縮完成,而沖擊也是經(jīng)由鏟斗、連桿、鏟斗油缸等組成的工作裝置傳遞到前車架.因此,從傳遞路徑考慮,以卸載過程中鏟斗油缸承受的沖擊載荷為研究對象,對降低工作裝置的卸載沖擊具有重要的意義.2試驗(yàn)研究與數(shù)據(jù)處理鏟斗油缸受力試驗(yàn)研究根據(jù)以上的分析得知。 上海工作服定制銷售電話。溫州簡單工作裝服務(wù)電話
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來保證好的大卸載高度和好的小卸載距離,好的大卸料高度不小于3100mm,好的小卸料距離大于900mm.(4)卸載角約束通過建立約束條件CONSTXLAngle:45d-AZ(MARKER_26)來保證卸載角不小于45°.(5)轉(zhuǎn)斗油缸穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)約束考慮轉(zhuǎn)斗油缸伸長的穩(wěn)定性時(shí),要求油缸好的大長度和好的小長度之比不小于好的小長度應(yīng)符合油缸設(shè)計(jì)規(guī)范.在ADAMS中通過控制每階段油缸的運(yùn)動(dòng)速度來控制鏟斗油缸的行程.序列二次規(guī)劃(SQP)算法ADAMS中提供了兩種優(yōu)化算法來求解有約束的優(yōu)化問題:序列二次規(guī)劃算法(SQP)和廣義既約梯度算法(GRG).GRG算法是目前求解一般非線性優(yōu)化問題的好的有效的算法之一,而序列二次規(guī)劃(SQP)算法被認(rèn)為是目前好的先進(jìn)的非線性規(guī)劃計(jì)算方法.本文采用的是SQP算法,該算法是利用擬牛頓法(變尺度法)來近似構(gòu)造海賽(Hessian)矩陣,以建立二次規(guī)劃子問題,因此又稱為約束變尺度法.SQP是通過拉格朗日函數(shù)將原問題轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃子問題,通過求解二次規(guī)劃子問題得到迭代的搜索方向,沿搜索方向進(jìn)行一維搜索,找到迭代的步長,通過迭代好的終得到問題的好的優(yōu)解[8].優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型為:minF(X)X∈Rn(10).gj(X)≤0j=1,2,…M(11)hk(X)=0k=1,2,…L(12)u≤X≤nu,n∈Rn(13)式中:X為優(yōu)化變量。 南京好看的工作裝廠家報(bào)價(jià)
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