侧卸式装载机工作机构运动特性仿真及优化.pdf

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1、第31卷第7期机械设计Vo1．31No．72014年7月JOURNALOFMACHINEDESIGNJu1．2014侧卸式装载机工作机构运动特性仿真及优化木李晓豁，王新，吴云，石峥嵘(辽宁工程技术大学机械-F程学院，LT_宁阜新123000)摘要：针对侧卸式装载机工作机构传统优化设计方法的不足和使用中运动特性不佳的实际，提出了在虚拟样机条件下工作机构运动特性仿真及其优化设计的方法。该方法能根据侧卸式装载机工作机构的设计要求，通过建立其三维仿真模型和数学模型．利用ADAMS对工作机构进行运动特性仿真，研究了其自动放平性和举升平移性，之后采用遗传算

2、法对工作机构连杆几何尺寸进行优化设计．并对优化后的工作机构进行运动特性仿真。利用该方法对国产某型侧卸式装载机工作机构研究表明，优化后铲斗自动放平性提高79．1％．工作机构举升平移性增加79．4％，明显地改善了侧卸式装载机工作机构的运动特性。关键词：侧卸式装载机；工作机构；运动特性；仿真；遗传算法；优化设计中图分类号：TD421．7+1文献标识码：A文章编号：1001—2354(2014)07—0039—04侧卸式装载机工作机构在运动过程中必须保证满l0个刚体组成的多体系统。是一个含有移动铰和转动足铲斗自动放平性、工作机构举升平移性及其传力性等铰

3、的多体系统问题。图1为该侧卸式装载机工作机构要求[1]，只有这样才能确保整机的工作性能、使用寿命和二维运动简图。装载生产率。因此，合理确定侧卸式装载机工作机构的几何尺寸、保证其运动特性显得尤为重要。目前，确定侧卸式装载机工作机构连杆几何尺寸多采用传统的设计方法：类比试凑作图法、综合图解设计法等[2-3]，因为这些方法设计精度低、周期长。不易获得满足各项指标的设计方案，因此在使用中存在运动特性差的问题。而对侧B卸式装载机工作机构连杆几何尺寸进行优化多采用传统优化算法：优选法、罚函数法等，由于这些优化算法B一侧卸式装载机前车架；B2一铲斗臂；B，一

4、铲斗；B一铲斗座；都存在着局部最优现象，使得优化的结果很难达到全局B5，B6-铲斗油缸的活塞和缸体；B，B8一举升油缸的活塞和缸体；B9，BI旷一侧卸油缸的活塞和缸体；A，，C，D，E，F，G，H，一转动铰点最优解，影响侧卸式装载机工作机构运动特性的彻底改图1工作机构二维运动简图善。为此，采用虚拟样机技术[6]，建立了侧卸式装载机工作机构运动特性仿真及其优化设计的方法。以国产某型相应的工作机构拓扑图如图2所示。侧卸式装载机工作机构为研究对象，利用ADAMS进行运动特性仿真，发现设计中存在的问题，利用一种自适应全局优化概率搜索算法——遗传算法_7

5、对该工作机构连杆几何尺寸进行优化设计，为侧卸式装载机工作机构的运动特性研究及其工作机构连杆几何尺寸的设计及工作性能改进提供更加有效、实用的方法。1工作机构运动特性建模与仿真卜移动铰点图2工作机构拓扑图1．1运动特性建模由图2可见，该侧卸式装载机工作机构拓扑图文中研究的侧卸式装载机的工作机构是一个由为闭环系统，为获得工作机构中刚体的运动方程，现收稿日期：2013一Ol一30；修订日期：2014一O1—05基金项目：国家自然科学基金资助项目(59774033)；中国煤炭工业协会科学技术研究指导性计划资助项目(MTKJ2011-325)作者简介：李晓

6、豁(1953一)，男，辽宁锦卅1人，教授，博士生导师，硕士，研究方向：现代机械设计理论与方法、机电系统的仿真与应用、工矿装备运行理论与设计、车辆系统动态特性与控制，发表学术论文380篇，出版个人专著3部。机械设计第31卷第7期从E和，处打开，得到打开闭环后的拓扑图．如图31．2运动特性仿真所示。选择基于Pro／E的变量化设计和实体造型技术．完成铲斗、铲斗座、铲斗臂、油缸的建模及装配，利用专业接口软件Mechanism／pro，在Pro／E环境下对工作机构模型装配体定义刚体，对部件逐一添加约束后．将模型映射ADAMS／view中添加载荷驱动等，完

7、成仿真的前处理阶段，得到国产某型侧卸式装载机工作机构三维仿真模型，如图4所示。由图3得出工作机构中10个刚体运动方程为：【[]{{0}式中：{％}——角速度，{％}=[‰，‰。，⋯，‰。{0}——速度，{0f'[o01y,，，⋯，1m，1]；图4工作机构三维仿翼模型{．，}——雅可比矩阵，[Jl：f厶1。侧卸式装载机工作机构主要通过举升油缸、铲斗油缸和侧卸油缸的联合运动，实现工作机构的各种动为便于书写，设Oi(i=2，3，4)为刚体B长度轴线与作。该机构的工作过程分为插入、铲装、举升和卸料4刚体B长度轴线间的夹角，E(i=6，8，10)为刚体B

8、长个阶段。设计要求：一个工作周期结束时．铲斗从最高度轴线与参考基R水平线的夹角，Si=sin0(i=2，3，位置到最低位置应自动呈插入料堆状态，这时铲