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(guò)程中載荷的急劇變化會(huì)對(duì)車體產(chǎn)生劇烈沖擊,導(dǎo)致舒適性下降,同時(shí)會(huì)降低部件的壽命,因此對(duì)卸載沖擊進(jìn)行研究,擬通過(guò)對(duì)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)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(guò)程中力的傳遞路徑和機(jī)理;通過(guò)試驗(yàn)分析了鏟斗油缸的載荷峰值,對(duì)卸載沖擊過(guò)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(duì)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(chǎng)所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械,其主要功能是對(duì)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(dòng)臂油缸不動(dòng),工作裝置依靠鏟斗油缸的伸縮使鏟斗繞其與動(dòng)臂的鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),完成物料的裝載和卸載.在卸載過(guò)程中。上海工作服定制廠家。無(wú)錫外貿(mào)工作裝電話
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(duì)與計(jì)算機(jī)編程的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有建模簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)稱受載工況[7],由于工作裝置是對(duì)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(duì)機(jī)構(gòu)受力的影響,將該過(guò)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(lái)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(hào)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(jiǎn)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。 無(wú)錫外貿(mào)工作裝電話上海工作服定制工廠。
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(cuò)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(lái)尋求降低沖擊載荷的途徑.利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)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(guò)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(dòng)地更新整個(gè)樣機(jī)模型.圖6虛擬樣機(jī)模型Virtualprototypemodel建模過(guò)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(dòng)臂、搖臂、鏟斗、連桿、動(dòng)臂油缸和鏟斗油缸,并對(duì)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(dòng)臂油缸、鏟斗油缸的活塞桿與缸筒之間建立圓柱副。
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我們需要對(duì)卸載過(guò)程中鏟斗油缸承受的沖擊載荷進(jìn)行研究.通過(guò)測(cè)量液壓油缸有桿腔和無(wú)桿腔的壓力,并利用油缸和活塞桿的尺寸可以間接計(jì)算得到液壓缸的受力大小.其原理如圖3所示,設(shè)鏟斗油缸有桿腔壓力為p1,無(wú)桿腔壓力為p2,活塞桿直徑為d,油缸內(nèi)徑為D,則活塞桿的受力大小F為:(6)圖3液壓缸受力間接計(jì)算簡(jiǎn)圖Cylinderforceindirectcalculationdiagram將壓力傳感器安裝在鏟斗油缸的進(jìn)油口和回油口來(lái)測(cè)試裝載機(jī)卸載工況下有桿腔和無(wú)桿腔的壓力.傳感器安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示.圖4振動(dòng)測(cè)試基本原理圖Basicprincipleofvibrationtest振動(dòng)測(cè)試的基本原理見(jiàn)圖4,由加速度傳感器將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入振動(dòng)分析設(shè)備上,然后由計(jì)算機(jī)軟件記錄所有的電壓值,完成對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集,試驗(yàn)共進(jìn)行了5次.通過(guò)式(6)計(jì)算得到鏟斗油缸在卸載工況下的受力變化,如圖5所示,5次試驗(yàn)的沖擊載荷峰值如表1所示.基于小樣本方法的區(qū)間估計(jì)通過(guò)試驗(yàn)得到的樣本,還需要根據(jù)一定的正確度與精確度的要求,構(gòu)造出適當(dāng)?shù)膮^(qū)間,以作為參數(shù)的真值所在范圍的估計(jì).依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法[9],假設(shè)總體X服從正態(tài)分布N(μ,σ2),x1,x2,…,xN為X的一個(gè)小樣本,則在總體方差未知的情況下。上海工作服定制樣冊(cè)。無(wú)錫外貿(mào)工作裝電話
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為優(yōu)化前后模型的前六階模態(tài)數(shù)據(jù)表。挖掘機(jī)所受到的外部激勵(lì)主要源于發(fā)動(dòng)機(jī)，挖掘作業(yè)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其工作裝置的固有頻率，則處于挖掘作業(yè)時(shí)往往不會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，而處于卸載作業(yè)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，其發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低產(chǎn)生的激振頻率也隨之降低，故選取好的大卸載工況下的模型進(jìn)行模態(tài)分析。通過(guò)表3中優(yōu)化模型前后模態(tài)分析產(chǎn)生六階模態(tài)數(shù)據(jù)與怠速所產(chǎn)生的激振頻率相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后模型的六階模態(tài)的固有頻率均與怠速所產(chǎn)生的激振頻率相偏離，故優(yōu)化后的模型不會(huì)發(fā)生共振情況。表3本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，以上實(shí)施例好的是示例性實(shí)施例，在不背離本申請(qǐng)的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。 無(wú)錫外貿(mào)工作裝電話
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