基于工作裝置優(yōu)化的裝載機(jī)卸載沖擊研究基于工作裝置優(yōu)化的裝載機(jī)卸載沖擊研究史英良,侯亮,祝青園,翟繼盾,卜祥建(廈門大學(xué)機(jī)電工程系福建廈門361005)摘要：裝載機(jī)卸載過程中載荷的急劇變化會對車體產(chǎn)生劇烈沖擊,導(dǎo)致舒適性下降,同時(shí)會降低部件的壽命,因此對卸載沖擊進(jìn)行研究,擬通過對工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低該沖擊.首先構(gòu)建了工作裝置各部件的力學(xué)模型,分析了卸載過程中力的傳遞路徑和機(jī)理;通過試驗(yàn)分析了鏟斗油缸的載荷峰值,對卸載沖擊過程進(jìn)行了量化和表征;好的后,基于參數(shù)化建模,采用序列二次規(guī)劃算法(SQP)對工作裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).仿真結(jié)果表明:優(yōu)化后的沖擊載荷峰值降低了約38%.該研究可為工作裝置疲勞壽命和作業(yè)舒適性的研究提供一定的基礎(chǔ).關(guān)鍵詞：卸載沖擊;工作裝置;ADAMS;序列二次規(guī)劃算法;優(yōu)化輪式裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、港口、碼頭和礦山等工程和城市建設(shè)場所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械,其主要功能是對松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè).裝載機(jī)的工作裝置是用于實(shí)現(xiàn)裝卸作業(yè)的帶液壓缸的空間多桿機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖1所示.裝載機(jī)在作業(yè)時(shí),動臂油缸不動,工作裝置依靠鏟斗油缸的伸縮使鏟斗繞其與動臂的鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動,完成物料的裝載和卸載.在卸載過程中。上海工作服定制供應(yīng)商。鎮(zhèn)江工作裝服務(wù)電話
總體均值μ的1-α置信區(qū)間為:圖5卸載工況鏟斗油缸受力變化曲線Unloadingconditionbucketcylinderforcecurve表1鏟斗油缸沖擊載荷峰值Peakofimpactloadonbucketcylinder峰值受力/(7)式中:均值標(biāo)準(zhǔn)差S=是t(n-1)分布的分位數(shù).好的水平是估計(jì)總體參數(shù)落在某一區(qū)間內(nèi)可能犯錯誤的概率,用α表示.將(7)式,將好的水平α取為5%,則鏟斗油缸沖擊載荷峰值的均值,沖擊載荷峰值置信度為95%的置信區(qū)間為(142).3工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)模型的建立與驗(yàn)證基于以上的分析,我們考慮采用工作裝置優(yōu)化的方法來尋求降低沖擊載荷的途徑.利用機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)工程軟件ADAMS環(huán)境,創(chuàng)建的虛擬裝載機(jī)工作裝置樣機(jī)的優(yōu)化分析模型,如圖5所示.利用ADAMS/View提供的參數(shù)化建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)功能,可以將參數(shù)值設(shè)置為可以改變的變量[10],在分析過程中,只需改變樣機(jī)模型中有關(guān)參數(shù)值,軟件自帶的程序就可以自動地更新整個樣機(jī)模型.圖6虛擬樣機(jī)模型Virtualprototypemodel建模過程中需要在圖5中A～I(xiàn)各鉸點(diǎn)處根據(jù)真實(shí)坐標(biāo)值創(chuàng)建POINT點(diǎn),使用ADAMS的建模工具分別創(chuàng)建動臂、搖臂、鏟斗、連桿、動臂油缸和鏟斗油缸,并對三維模型進(jìn)行裝配;然后在各鉸點(diǎn)處創(chuàng)建鉸接副,在動臂油缸、鏟斗油缸的活塞桿與缸筒之間建立圓柱副。鹽城好看工作裝平均價(jià)格上海工作服定制哪家好。
通過主菜單Simulate中的Design-Evaluation選項(xiàng),彈出優(yōu)化設(shè)計(jì)對話框,并根據(jù)優(yōu)化要求進(jìn)行設(shè)置,利用序列二次規(guī)劃算法進(jìn)行多次迭代,優(yōu)化結(jié)果如表2所示.圖7給出了優(yōu)化前后鏟斗油缸的受力曲線圖.在曲線圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間變化,縱坐標(biāo)表示鏟斗油缸的受力變化,實(shí)線、虛線分別表示優(yōu)化前后鏟斗油缸的受力曲線.工作裝置的傳動角、卸載距離和卸載高度等均滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)沖擊載荷峰值與原來相比降低了38%,優(yōu)化效果好的.5結(jié)論本文以裝載機(jī)工作裝置為主要研究對象,通過構(gòu)建裝載機(jī)工作裝置的力學(xué)模型,確定了卸載過程中力的傳遞路徑和機(jī)理;然后利用試驗(yàn)分析了鏟斗油缸的載荷峰值,對卸載沖擊過程進(jìn)行了量化和表征;好的后基于參數(shù)化建模,通過試驗(yàn)驗(yàn)證與仿真分析相結(jié)合的方式,將優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)進(jìn)行合理規(guī)劃,采用序列二次規(guī)劃算法(SQP)對工作裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).仿真結(jié)果表明:優(yōu)化后的沖擊載荷峰值降低了約38%.圖7卸載沖擊優(yōu)化結(jié)果與傳統(tǒng)優(yōu)化方法更注重工作裝置的平移性和自動放平性能相比。
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。 上海工作服定制樣冊。
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。 上海工作服定制上門服務(wù)。鹽城好看工作裝平均價(jià)格
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