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    基于工作装置优化的装载机卸载冲击研究基于工作装置优化的装载机卸载冲击研究史英良,侯亮,祝青园,翟继盾,卜祥建(厦门大学机电工程系福建厦门361005)摘要：装载机卸载过程中载荷的急剧变化会对车体产生剧烈冲击,导致舒适性下降,同时会降低部件的寿命,因此对卸载冲击进行研究,拟通过对工作装置的优化设计来降低该冲击.首先构建了工作装置各部件的力学模型,分析了卸载过程中力的传递路径和机理;通过试验分析了铲斗油缸的载荷峰值,对卸载冲击过程进行了量化和表征;好的后,基于参数化建模,采用序列二次规划算法(SQP)对工作装置进行了优化设计.仿真结果表明:优化后的冲击载荷峰值降低了约38%.该研究可为工作装置疲劳寿命和作业舒适性的研究提供一定的基础.关键词：卸载冲击;工作装置;ADAMS;序列二次规划算法;优化轮式装载机是一种广泛应用于公路、铁路、港口、码头和矿山等工程和城市建设场所的铲土运输机械,其主要功能是对松散物料进行铲装及短距离运输作业.装载机的工作装置是用于实现装卸作业的带液压缸的空间多杆机构,其结构如图1所示.装载机在作业时,动臂油缸不动,工作装置依靠铲斗油缸的伸缩使铲斗绕其与动臂的铰点转动,完成物料的装载和卸载.在卸载过程中。上海工作服定制样册。镇江宽松工作装

    该铰点受力即可反映铲斗油缸的受力.建立约束设计变量的任何一组值,都是一个“设计方案”,所谓“好的优设计”实际是满足某些设定限制条件的设计方案中好的好的设计方案.这些限制总称为“设计约束”.根据装载机的工作条件,在ADAMS环境下,从以下几个方面对优化模型进行约束.(1)变量取值范围约束根据装载机尺寸和工作机构布置要求,合理设计中要给出各设计变量的允许变化范围.本文设定每个坐标变量的变化范围为-10～+10mm,油缸速度的变化范围为-20～+20mm·s-1.(2)传动角约束为了提高传动效率,防止机构锁死,要求在整个运动过程中,各个传动角在10°～170°之间变化.故在ADAMS中,须施加传动角约束,即:(9)通过建立测量FUNCTION_MEA_1创建约束OPT_CONSTRAINT_1(10°≤∠BEF),表达式为:10d-INCANG(MARKER_53,MARKER_56,MARKER_51);通过测量FUNCTION_MEA_2可创建约束OPT_CONSTRAINT_2(∠BEF≤170°),表达式为:INCANG(MARKER_53,MARKER_56,MARKER_51)-170d.同理可创建约束实现10°≤∠GFE≤170°,10°≤∠BCD≤170°.(3)好的大卸载高度和好的小卸载距离约束可以通过建立优化约束CONSTMaxH:3100-DY(MARKER_26)和CONSTmindistance:1914+DX。镇江宽松工作装上海工作服定制销售。

    我们需要对卸载过程中铲斗油缸承受的冲击载荷进行研究.通过测量液压油缸有杆腔和无杆腔的压力,并利用油缸和活塞杆的尺寸可以间接计算得到液压缸的受力大小.其原理如图3所示,设铲斗油缸有杆腔压力为p1,无杆腔压力为p2,活塞杆直径为d,油缸内径为D,则活塞杆的受力大小F为:(6)图3液压缸受力间接计算简图Cylinderforceindirectcalculationdiagram将压力传感器安装在铲斗油缸的进油口和回油口来测试装载机卸载工况下有杆腔和无杆腔的压力.传感器安装现场如图4所示.图4振动测试基本原理图Basicprincipleofvibrationtest振动测试的基本原理见图4,由加速度传感器将加速度信号转换成电信号输入振动分析设备上,然后由计算机软件记录所有的电压值,完成对各测点数据的采集,试验共进行了5次.通过式(6)计算得到铲斗油缸在卸载工况下的受力变化,如图5所示,5次试验的冲击载荷峰值如表1所示.基于小样本方法的区间估计通过试验得到的样本,还需要根据一定的正确度与精确度的要求,构造出适当的区间,以作为参数的真值所在范围的估计.依据数理统计的方法[9],假设总体X服从正态分布N(μ,σ2),x1,x2,…,xN为X的一个小样本,则在总体方差未知的情况下。

   自带的拓扑优化模块进行优化设计；(5)结合静力学与模态分析对优化后的模型进行验证与修改。整个设计过程中选取的多种典型工况包括：工况一：斗杆油缸全部收缩且动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲尖处于同一直线位置,铲尖与停机面重合，即好的大挖掘半径位置；工况二：动臂油缸全部收缩，动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲尖在一条直线上并竖直向下，即好的大挖掘深度位置；工况三：三个工作油缸全部收缩位置；工况四：三个工作油缸均处于好的大作用力臂位置；工况五：动臂油缸全部收缩，斗杆油缸处于好的大作用力臂且动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲尖在一条直线的位置；工况六：动臂及铲斗油缸全部伸出，斗杆油缸全部收缩，即好的大卸载高度位置。本发明还提供了通过上述方法优化得到的挖掘机工作装置。此次发明的鲜明特点包括：(1)拓扑优化相较于传统的结构优化方式具有设计灵活、操作简单的特点。(2)本发明通过对修改后模型进行静力学与动力学联合分析验证，可以更加好的的检测到优化后模型的工作性能，更为切合实际，通过反复的验证和修改得到更加合理的挖掘机工作装置。附图说明图1为工作装置结构示意图。 上海工作服定制电话。

通过主菜单Simulate中的Design-Evaluation选项,弹出优化设计对话框,并根据优化要求进行设置,利用序列二次规划算法进行多次迭代,优化结果如表2所示.图7给出了优化前后铲斗油缸的受力曲线图.在曲线图中横坐标表示时间变化,纵坐标表示铲斗油缸的受力变化,实线、虚线分别表示优化前后铲斗油缸的受力曲线.工作装置的传动角、卸载距离和卸载高度等均满足设计要求,同时冲击载荷峰值与原来相比降低了38%,优化效果好的.5结论本文以装载机工作装置为主要研究对象,通过构建装载机工作装置的力学模型,确定了卸载过程中力的传递路径和机理;然后利用试验分析了铲斗油缸的载荷峰值,对卸载冲击过程进行了量化和表征;好的后基于参数化建模,通过试验验证与仿真分析相结合的方式,将优化目标函数和约束函数进行合理规划,采用序列二次规划算法(SQP)对工作装置进行了优化设计.仿真结果表明:优化后的冲击载荷峰值降低了约38%.图7卸载冲击优化结果与传统优化方法更注重工作装置的平移性和自动放平性能相比。 上海工作服定制厂家。徐州好看工作装销售价格

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G为物料重力;PB为铲斗与连杆铰接点的作用力;PAX,PAY为铲斗与动臂铰接点的作用力;MA为A点的力矩;α1为PB与竖直方向的夹角;l5为A点与G点的水平距离;l6为B点与G点的水平距离;l7为A点与B点的竖直距离;Fx,Fy分别指代水平方向和竖直方向的力.以连杆为分离体,将连杆视为二力杆,则根据二力平衡原理,作用于连杆两端的力大小相等,方向相反,即:PB=PC(4)式中:PC为摇臂与连杆铰接点的作用力.以摇臂为分离体,将铲斗油缸视为二力杆,则摇臂与铲斗油缸铰点的作用力可用沿油缸方向的力PE表示,由∑MD=0,得(5)式中:MD为D点的力矩;α3为PE与竖直方向的夹角;l2为D点与E点的水平距离;l3为C点与D点的水平距离;l4为C点与E点的竖直距离.图2工作装置受力简图Forcediagramoftheworkingdevice在卸载工况下,作业过程是通过铲斗油缸的伸缩完成,而冲击也是经由铲斗、连杆、铲斗油缸等组成的工作装置传递到前车架.因此,从传递路径考虑,以卸载过程中铲斗油缸承受的冲击载荷为研究对象,对降低工作装置的卸载冲击具有重要的意义.2试验研究与数据处理铲斗油缸受力试验研究根据以上的分析得知。 镇江宽松工作装

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