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文档简介
装载机工作装置优化设计
装载是世界上最大的工程机械。随着技术的进步和市场竞争的加剧,它需要具有较高的操作效率、使用寿命、经济和可靠性。转斗缸和动臂缸的驱动力涉及到装载机的能耗,从而关系到装载机的经济性和节能环保。因此在满足作业性能的条件下减小转斗油缸和动臂油缸的驱动力意义很大。1仿真结果分析在作业过程中工作装置受到的作业阻力包括:铲斗插入料堆的插入阻力PCHA,下限收斗时的阻力矩MZ,铲取的物料重力GM。根据参考文献取PCHA=106000N,MZ=88000N·m,GM=50000kg。图1为工作装置受力简图,P1、P2分别为转斗缸和动臂缸受力,即液压缸驱动力。笔者研究工作装置对称载荷情况,仿真过程中发现两并联的动臂缸始终有一个为零,因此P2表示两动臂缸受力之和。还发现铲斗质量对P1、P2影响较大,取铲斗质量GB=1200kg。将PCHA、MZ、GM用Step()函数表示加载到铲斗的K、A、J上,J为铲斗重心。(1)插入阻力函数STEP(time,0,0,3,106000)+STEP(time,3,0,4,106000)(2)转斗时的静阻力矩函数STEP(time,5,0,6,88000)+STEP(time,6,0,8,-88000)(3)铲取的物料重力函数STEP(time,5,0,6,50000)+STEP(time,17.5,0,19,-50000)2优化分析的数学模型在ADAMS中建立工作装置虚拟样机,模型如图2。(1)设计变量的变化类型化确定铰接点A、B、C、D、E、F、G、H、I的横坐标和纵坐标为设计变量,共18个,变化区间都是(-10,10)。当一个变量变化时,与之对应的坐标点也会相应地变化。(2)样机性能参数的建立装载机作业工程中工作装置要满足运动学性能参数,最优方案必须满足所有参数,因此在优化过程中把性能参数作为优化约束。通过建立测量得到样机作业过程中的性能参数,工作装置的性能参数和仿真结果如表1。根据作业过程的性能参数建立优化约束,共14个,如图3所示。(3)减少转斗缸最大推力笔者把降低液压缸驱动力作为优化目标,即在满足所有作业性能的条件下降低液压缸驱动力。首先以减小转斗缸最大驱动力为目标,以性能参数为约束,进行第一次优化;其次,增加第一次优化的转斗缸最大驱动力的约束,以减小动臂缸最大驱动力为目标进行第二次优化。(4)设计与研究设计研究主要是分析哪些设计变量对目标函数的敏感度较大,从而选择敏感度较大的变量作为优化变量。3第一次设计研究结果以18个设计变量为变量、以转斗缸最大受力为目标,进行第一次设计研究,结果见表2。DV-1、DV-3、DV-4、DV-6DV-7、DV-8、DV-18对目标函数的敏感度较大,作为第一次优化设计的变量。(2)第一次优化结果以减小转斗缸最大驱动力为目标,以DV-1、DV-3、DV-4、DV-6DV-7、DV-8、DV-18为变量,以性能参数为约束进行第一次优化。经过13次迭代得到最优结果,优化模型结果见表1。满足所有约束条件,转斗缸驱动力最大值减小63270N,转斗缸驱动力13次迭代曲线见图4。第一次优化设计变量变化见表3。4影响目标的因素在第一次优化结果的基础上,以动臂缸最大驱动力为目标,进行了第二次设计研究,结果见表2。DV-1、DV-2、DV-9、DV-10、DV-13、DV-14、DV-15、DV-16、DV-17、DV-18对目标影响较大。DV-1在第一次优化中已经选择,为避免与第一次优化冲突,只选择DV-2、DV-9、DV-10、DV-13、DV-14、DV-15、DV-16、DV-17作为优化变量。(2)动臂缸重、难点二次优化模型增加约束条件P1≤280000N,使得在优化过程中转斗缸驱动力始终小于280000N。以减小动臂缸最大驱动力为目标进行第二次优化。经过9次迭代得到最优结果,优化模型结果见表1,满足所有约束条件,动臂缸受力最大值减小19460N。动臂缸驱动力9次迭代曲线见图5。第二次优化设计变量变化见表4。5臂缸受力优化(1)分析工作装置作业阻力,施加在虚拟样机上。(2)建立优化约束,使得在优化计算中满足所有作业性能。(3)分别选择对转斗缸和动臂缸受力影响较大的的铰接点坐标进行优化,减小了油缸受力并且满足所有作业性能。(4)在分别对转斗缸和动臂缸受力优化时,第二次优化中回避了第一次优化参数。通过对装载机工作装置的受力分析,以作业性能为约束,以减小转斗缸和动臂
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