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(shè)計來降低該沖擊.首先構(gòu)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(shè)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(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(gòu),其結(jié)構(gòu)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。上海工作服定制電話。工作裝銷售價格
本發(fā)明涉及機械領(lǐng)域，更具體地，設(shè)計了一種在滿足工程機械的強度、剛度以及穩(wěn)定性的前提下的挖掘機工作裝置。背景技術(shù)：隨著先進制造技術(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)保已成為當今機械制造業(yè)發(fā)展的目標。拓撲優(yōu)化在挖掘機工作裝置的應(yīng)用上，國內(nèi)大量學者進行了大量研究工作。貴州大學的應(yīng)濤濤以工作裝置中的斗桿為研究對象進行了拓撲優(yōu)化并對優(yōu)化后的模型進行了強度與剛度分析；浙江工業(yè)大學的寧曉斌基于拓撲優(yōu)化的理論并結(jié)合靜力學分析相驗證的方式研究出了一種新型的斗桿結(jié)構(gòu)；大連理工大學的張偉改造了挖掘機動臂結(jié)構(gòu)并對其修改后的模型進行了靜力學分析和疲勞壽命分析?，F(xiàn)有的液壓挖掘機輕量化設(shè)計的研究很多，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構(gòu)的影響。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種優(yōu)化挖掘機工作裝置的方法，并設(shè)計了在滿足工程機械的強度、剛度以及穩(wěn)定性的前提下的挖掘機工作裝置。本發(fā)明提供的具體優(yōu)化方法包括：(1)建立挖掘機工作裝置的各個部件并組裝模型；(2)選取多種典型工況；(3)通過軟件ansysworkbench進行各種工況下工作裝置的靜力學分析與模態(tài)分析；。溫州寬松工作裝上海工作服定制上門服務(wù)。
該鉸點受力即可反映鏟斗油缸的受力.建立約束設(shè)計變量的任何一組值,都是一個“設(shè)計方案”,所謂“好的優(yōu)設(shè)計”實際是滿足某些設(shè)定限制條件的設(shè)計方案中好的好的設(shè)計方案.這些限制總稱為“設(shè)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(gòu)布置要求,合理設(shè)計中要給出各設(shè)計變量的允許變化范圍.本文設(shè)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(gòu)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。
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:均值標準差S=是t(n-1)分布的分位數(shù).好的水平是估計總體參數(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)計虛擬樣機模型的建立與驗證基于以上的分析,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.利用機械系統(tǒng)動力學工程軟件ADAMS環(huán)境,創(chuàng)建的虛擬裝載機工作裝置樣機的優(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模型.圖6虛擬樣機模型Virtualprototypemodel建模過程中需要在圖5中A～I各鉸點處根據(jù)真實坐標值創(chuàng)建POINT點,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,并對三維模型進行裝配;然后在各鉸點處創(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。上海工作服定制哪家好。
自帶的拓撲優(yōu)化模塊進行優(yōu)化設(shè)計；(5)結(jié)合靜力學與模態(tài)分析對優(yōu)化后的模型進行驗證與修改。整個設(shè)計過程中選取的多種典型工況包括：工況一：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：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；工況三：三個工作油缸全部收縮位置；工況四：三個工作油缸均處于好的大作用力臂位置；工況五：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：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。本發(fā)明還提供了通過上述方法優(yōu)化得到的挖掘機工作裝置。此次發(fā)明的鮮明特點包括：(1)拓撲優(yōu)化相較于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式具有設(shè)計靈活、操作簡單的特點。(2)本發(fā)明通過對修改后模型進行靜力學與動力學聯(lián)合分析驗證，可以更加好的的檢測到優(yōu)化后模型的工作性能，更為切合實際，通過反復的驗證和修改得到更加合理的挖掘機工作裝置。附圖說明圖1為工作裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 上海工作服定制樣冊。揚州口碑好的工作裝電話
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G為物料重力;PB為鏟斗與連桿鉸接點的作用力;PAX,PAY為鏟斗與動臂鉸接點的作用力;MA為A點的力矩;α1為PB與豎直方向的夾角;l5為A點與G點的水平距離;l6為B點與G點的水平距離;l7為A點與B點的豎直距離;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點的力矩;α3為PE與豎直方向的夾角;l2為D點與E點的水平距離;l3為C點與D點的水平距離;l4為C點與E點的豎直距離.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試驗研究與數(shù)據(jù)處理鏟斗油缸受力試驗研究根據(jù)以上的分析得知。 工作裝銷售價格
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