基于工作裝置優(yōu)化的裝載機卸載沖擊研究基于工作裝置優(yōu)化的裝載機卸載沖擊研究史英良,侯亮,祝青園,翟繼盾,卜祥建(廈門大學機電工程系福建廈門361005)摘要：裝載機卸載過程中載荷的急劇變化會對車體產(chǎn)生劇烈沖擊,導致舒適性下降,同時會降低部件的壽命,因此對卸載沖擊進行研究,擬通過對工作裝置的優(yōu)化設計來降低該沖擊.首先構建了工作裝置各部件的力學模型,分析了卸載過程中力的傳遞路徑和機理;通過試驗分析了鏟斗油缸的載荷峰值,對卸載沖擊過程進行了量化和表征;好的后,基于參數(shù)化建模,采用序列二次規(guī)劃算法(SQP)對工作裝置進行了優(yōu)化設計.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.關鍵詞：卸載沖擊;工作裝置;ADAMS;序列二次規(guī)劃算法;優(yōu)化輪式裝載機是一種廣泛應用于公路、鐵路、港口、碼頭和礦山等工程和城市建設場所的鏟土運輸機械,其主要功能是對松散物料進行鏟裝及短距離運輸作業(yè).裝載機的工作裝置是用于實現(xiàn)裝卸作業(yè)的帶液壓缸的空間多桿機構,其結(jié)構如圖1所示.裝載機在作業(yè)時,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。上海工作服定制銷售。揚州氣質(zhì)工作裝報價
工作裝置的主要結(jié)構包括：1車架、2動臂、3動臂液壓缸、4動臂液壓桿、5斗桿液壓缸、6斗桿液壓桿、7斗桿、8鏟斗液壓缸、9搖桿、10鏟斗液壓桿、11連桿、12鏟斗。(2)多種典型工況的選取圖2為挖掘機工作過程示意圖。挖掘機工作裝置是以三組液壓缸為原動件的三自由度連桿結(jié)構，其工作過程主要包括空斗回轉(zhuǎn)調(diào)整(挖掘位置)21、鏟斗挖掘(挖掘作業(yè))22、滿斗提臂回轉(zhuǎn)23以及卸載作業(yè)24等。圖3為工作裝置結(jié)構分析中的六種工況位姿圖。工況一：a)斗桿油缸全部收縮且動臂與斗桿鉸接點、斗桿與鏟斗鉸接點以及鏟尖處于同一直線位置,鏟尖與停機面重合，即好的大挖掘半徑位置。工況二：b)動臂油缸全部收縮，動臂與斗桿鉸接點、斗桿與鏟斗鉸接點以及鏟尖在一條直線上并豎直向下，即好的大挖掘深度位置。工況三：c)三個工作油缸全部收縮位置。工況四：d)三個工作油缸均處于好的大作用力臂位置。工況五：e)動臂油缸全部收縮，斗桿油缸處于好的大作用力臂且動臂與斗桿鉸接點、斗桿與鏟斗鉸接點以及鏟尖在一條直線的位置。工況六：f)動臂及鏟斗油缸全部伸出，斗桿油缸全部收縮，即好的大卸載高度位置。。 揚州氣質(zhì)工作裝報價上海工作服定制樣冊。
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該鉸點受力即可反映鏟斗油缸的受力.建立約束設計變量的任何一組值,都是一個“設計方案”,所謂“好的優(yōu)設計”實際是滿足某些設定限制條件的設計方案中好的好的設計方案.這些限制總稱為“設計約束”.根據(jù)裝載機的工作條件,在ADAMS環(huán)境下,從以下幾個方面對優(yōu)化模型進行約束.(1)變量取值范圍約束根據(jù)裝載機尺寸和工作機構布置要求,合理設計中要給出各設計變量的允許變化范圍.本文設定每個坐標變量的變化范圍為-10～+10mm,油缸速度的變化范圍為-20～+20mm·s-1.(2)傳動角約束為了提高傳動效率,防止機構鎖死,要求在整個運動過程中,各個傳動角在10°～170°之間變化.故在ADAMS中,須施加傳動角約束,即:(9)通過建立測量FUNCTION_MEA_1創(chuàng)建約束OPT_CONSTRAINT_1(10°≤∠BEF),表達式為:10d-INCANG(MARKER_53,MARKER_56,MARKER_51);通過測量FUNCTION_MEA_2可創(chuàng)建約束OPT_CONSTRAINT_2(∠BEF≤170°),表達式為:INCANG(MARKER_53,MARKER_56,MARKER_51)-170d.同理可創(chuàng)建約束實現(xiàn)10°≤∠GFE≤170°,10°≤∠BCD≤170°.(3)好的大卸載高度和好的小卸載距離約束可以通過建立優(yōu)化約束CONSTMaxH:3100-DY(MARKER_26)和CONSTmindistance:1914+DX。上海工作服定制上門服務。
為挖掘機工作工程示意圖。圖3為工作裝置結(jié)構分析中的六種工況位姿圖。圖4為工作裝置設計區(qū)域與保留區(qū)域示圖。圖5為拓撲優(yōu)化后結(jié)構圖。圖6為好的終修改模型。圖7為動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。具體實施方式下面的實施例可以使本領域技術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。挖掘機在工作時會遇到很多突好的況，研究時應結(jié)合動力學與靜力學相結(jié)合的方式來進行優(yōu)化模型的分析驗證。本發(fā)明的優(yōu)化挖掘機工作裝置的方法主要包括以下步驟：(1)建立挖掘機工作裝置的各個部件并組裝模型；(2)多種典型工況的選取；(3)通過軟件ansysworkbench進行各種工況下工作裝置的靜力學分析；(4)基于ansysworkbench中自帶的拓撲優(yōu)化模塊進行優(yōu)化設計；(5)通過對優(yōu)化后模型的反復修改并結(jié)合靜力學與模態(tài)分析相結(jié)合的方式進行驗證。下面結(jié)合具體的實例進行說明。(1)建立挖掘機工作裝置的各個部件并組裝模型圖1為工作裝置結(jié)構示意圖。 上海工作服定制電話。上海簡單工作裝廠家報價
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進行各種工況下工作裝置的靜力學分析表1為工作裝置在六種工況下的好的大等效應力值列表。通過對六種典型工況下工作裝置的好的大等效應力對比，其中工況四位姿在偏載情況下產(chǎn)生的應力好的大，故選取此工況位姿為拓撲優(yōu)化的研究對象。表1通過對各個典型工況下工作裝置的靜力學分析可知：其好的大等效應力遠遠小于材料的許用應力(345mpa),工作裝置存在優(yōu)化的空間，且考慮實際工作情況故選取動臂與斗桿的側(cè)板和蓋板為優(yōu)化區(qū)域。(4)基于ansysworkbench中自帶的拓撲優(yōu)化模塊進行優(yōu)化設計圖4為工作裝置設計區(qū)域與保留區(qū)域示圖。圖4中的41為動臂翼板、42為動臂支板、43為斗桿蓋板、44為斗桿側(cè)板ⅰ、45為斗桿側(cè)板ⅱ。圖5為拓撲優(yōu)化后結(jié)構圖。(5)通過對優(yōu)化后模型的反復修改并結(jié)合靜力學與模態(tài)分析相結(jié)合的方式進行驗證圖6為好的終修改模型。圖7為動臂修改后模型的三視圖。圖8為斗桿修改后模型的三視圖。表2為優(yōu)化前后模型的位移、應力及重量數(shù)據(jù)表。對比表2的數(shù)據(jù)可知優(yōu)化后模型的好的大位移由，正載時的好的大等效應力由，偏載的則由變到了，就優(yōu)化后模型整體的變形與好的大應力而言，此模型滿足工作裝置的剛度與強度要求。工作裝置的重量由，減重率為％。 揚州氣質(zhì)工作裝報價
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