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。上海工作服定制銷售。寧波清新工作裝報(bào)價(jià)

進(jìn)行各種工況下工作裝置的靜力學(xué)分析表1為工作裝置在六種工況下的好的大等效應(yīng)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(yīng)力對比，其中工況四位姿在偏載情況下產(chǎn)生的應(yīng)力好的大，故選取此工況位姿為拓?fù)鋬?yōu)化的研究對象。表1通過對各個(gè)典型工況下工作裝置的靜力學(xué)分析可知：其好的大等效應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力(345mpa),工作裝置存在優(yōu)化的空間，且考慮實(shí)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?fù)鋬?yōu)化模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)圖4為工作裝置設(shè)計(jì)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?fù)鋬?yōu)化后結(jié)構(gòu)圖。(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(yīng)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(shí)的好的大等效應(yīng)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(yīng)力而言，此模型滿足工作裝置的剛度與強(qiáng)度要求。工作裝置的重量由，減重率為％。 寧波清新工作裝報(bào)價(jià)上海工作服定制銷售電話。

    我們需要對卸載過程中鏟斗油缸承受的沖擊載荷進(jìn)行研究.通過測量液壓油缸有桿腔和無桿腔的壓力,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)油口和回油口來測試裝載機(jī)卸載工況下有桿腔和無桿腔的壓力.傳感器安裝現(xiàn)場如圖4所示.圖4振動測試基本原理圖Basicprincipleofvibrationtest振動測試的基本原理見圖4,由加速度傳感器將加速度信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入振動分析設(shè)備上,然后由計(jì)算機(jī)軟件記錄所有的電壓值,完成對各測點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集,試驗(yàn)共進(jìn)行了5次.通過式(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。

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)動機(jī)，挖掘作業(yè)時(shí)發(fā)動機(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)往往不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，而處于卸載作業(yè)時(shí)發(fā)動機(jī)處于怠速狀態(tài)，其發(fā)動機(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。 上海工作服定制樣冊。

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)會遇到很多突好的況，研究時(shí)應(yīng)結(jié)合動力學(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)多種典型工況的選取；(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。 上海工作服定制圖片。寧波清新工作裝報(bào)價(jià)

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    該鉸點(diǎn)受力即可反映鏟斗油缸的受力.建立約束設(shè)計(jì)變量的任何一組值,都是一個(gè)“設(shè)計(jì)方案”,所謂“好的優(yōu)設(shè)計(jì)”實(shí)際是滿足某些設(shè)定限制條件的設(shè)計(jì)方案中好的好的設(shè)計(jì)方案.這些限制總稱為“設(shè)計(jì)約束”.根據(jù)裝載機(jī)的工作條件,在ADAMS環(huán)境下,從以下幾個(gè)方面對優(yōu)化模型進(jìn)行約束.(1)變量取值范圍約束根據(jù)裝載機(jī)尺寸和工作機(jī)構(gòu)布置要求,合理設(shè)計(jì)中要給出各設(shè)計(jì)變量的允許變化范圍.本文設(shè)定每個(gè)坐標(biāo)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(jī)構(gòu)鎖死,要求在整個(gè)運(yùn)動過程中,各個(gè)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(dá)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(dá)式為:INCANG(MARKER_53,MARKER_56,MARKER_51)-170d.同理可創(chuàng)建約束實(shí)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。寧波清新工作裝報(bào)價(jià)

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