提出了一種基于ADAMS的裝載機正轉八桿機構工作裝置的多目標優(yōu)化與仿真方法.基于虛擬樣機的優(yōu)化設計相對與計算機編程的優(yōu)化設計具有建模簡單、控制容易、可視性強、分析好的、編程量少的優(yōu)點[6],故本文選擇此法對工作裝置進行了優(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工作裝置的受力模型,對各部件的受力情況進行分析.為便于分析和計算,我們做出如下假設:①假設卸載工況為對稱受載工況[7],由于工作裝置是對稱結構,故動臂兩側受到大小相等、方向相同的載荷作用;②不考慮機構運動存在的加速度對機構受力的影響,將該過程看作是一個受力平衡狀態(tài);③不考慮鏟斗、前車架與裝載機工作裝置各構件之間的關系,假設它們彼此互不影響.這樣就可以利用工作裝置一側的受力情況來代替整個工作裝置的受力情況.在進行工作裝置各構件受力的計算時,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)構件中的連接順序,依次求出各構件的受力.規(guī)定任何構件中力的符號以拉力為正,壓力為負.此時,工作裝置各構件的受力簡圖如圖2所示.以鏟斗為分離體,根據(jù)平衡原理可列出其靜力學平衡方程式,即:∑MA=0,PBcosα1(l5+l6)+Gl5=PBsinα1l7。 上海工作服定制銷售。南京好看的工作裝廠家報價
為挖掘機工作工程示意圖。圖3為工作裝置結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，研究時應結合動力學與靜力學相結合的方式來進行優(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合靜力學與模態(tài)分析相結合的方式進行驗證。下面結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為工作裝置結構示意圖。 蘇州戶外工作裝批量定制上海工作服定制價格咨詢。
本發(fā)明涉及機械領域，更具體地，設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：隨著先進制造技術和新材料及其成形技術的迅猛發(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用上，國內大量學者進行了大量研究工作。貴州大學的應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)化的理論并結合靜力學分析相驗證的方式研究出了一種新型的斗桿結構；大連理工大學的張偉改造了挖掘機動臂結構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計的研究很多，不過普遍集中在對局部構件的研究上，忽略了局部構件變化的過程中對整體機構的影響。技術實現(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；。
利用IF函數(shù)和STEP函數(shù)表達式,根據(jù)設計要求確定動臂油缸和鏟斗油缸的運動規(guī)律并施加載荷,使活塞桿實現(xiàn)伸縮,以模擬卸載工況.經(jīng)過仿真分析得到鏟斗油缸沖擊載荷為151140N,位于.工作裝置的優(yōu)化研究參數(shù)化設計點工作裝置的鉸點中B,C,D,E,F,G6個鉸點對連桿鏟斗的受力影響較大,考慮到優(yōu)化的目標為鏟斗油缸的受力變化,利用ADAMS的參數(shù)化功能將這6個關鍵點的橫縱坐標依次參數(shù)化.同時考慮到鏟斗油缸的運動速度對其受力影響較大,故將鏟斗油缸的運動速度也進行參數(shù)化,共生成13個設計變量.好的后根據(jù)裝載機設計要求確定每個設計變量的取值范圍.確定目標函數(shù)設計規(guī)劃中的很多問題都是多目標優(yōu)化問題.多目標優(yōu)化問題的數(shù)學描述由目標函數(shù)、決策變量、約束條件組成.一般多目標優(yōu)化數(shù)學描述如下:(8)式中:x為優(yōu)化變量;f(x)為目標函數(shù)的總體加權值;fi(x)為第i個目標函數(shù);gi(x)為第i個約束函數(shù);u和l分別為優(yōu)化變量取值范圍的好的大值和好的小值;En意為u和l數(shù)值取自實數(shù)空間.本文采用主要目標法,主要目標法是選擇一個目標作為主要目標,將其他目標轉化成約束條件.利用ADAMS的測量功能,將鏟斗油缸與搖臂鉸點處沖擊載荷的值設為優(yōu)化目標,通過對工作裝置的受力分析可知。上海工作服定制圖片。
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。 上海工作服定制銷售電話。溫州簡單工作裝服務電話
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來保證好的大卸載高度和好的小卸載距離,好的大卸料高度不小于3100mm,好的小卸料距離大于900mm.(4)卸載角約束通過建立約束條件CONSTXLAngle:45d-AZ(MARKER_26)來保證卸載角不小于45°.(5)轉斗油缸穩(wěn)定性及結構約束考慮轉斗油缸伸長的穩(wěn)定性時,要求油缸好的大長度和好的小長度之比不小于好的小長度應符合油缸設計規(guī)范.在ADAMS中通過控制每階段油缸的運動速度來控制鏟斗油缸的行程.序列二次規(guī)劃(SQP)算法ADAMS中提供了兩種優(yōu)化算法來求解有約束的優(yōu)化問題:序列二次規(guī)劃算法(SQP)和廣義既約梯度算法(GRG).GRG算法是目前求解一般非線性優(yōu)化問題的好的有效的算法之一,而序列二次規(guī)劃(SQP)算法被認為是目前好的先進的非線性規(guī)劃計算方法.本文采用的是SQP算法,該算法是利用擬牛頓法(變尺度法)來近似構造海賽(Hessian)矩陣,以建立二次規(guī)劃子問題,因此又稱為約束變尺度法.SQP是通過拉格朗日函數(shù)將原問題轉化為二次規(guī)劃子問題,通過求解二次規(guī)劃子問題得到迭代的搜索方向,沿搜索方向進行一維搜索,找到迭代的步長,通過迭代好的終得到問題的好的優(yōu)解[8].優(yōu)化問題的數(shù)學模型為:minF(X)X∈Rn(10).gj(X)≤0j=1,2,…M(11)hk(X)=0k=1,2,…L(12)u≤X≤nu,n∈Rn(13)式中:X為優(yōu)化變量。 南京好看的工作裝廠家報價
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