基于工作装置优化的云梯车卸载冲击研究   中山港口云梯车出租, 中山港口云梯车租赁, 中山云梯车租赁  云梯车工作装置的优化方法大致可分为两类：（１）基于计算机编程的优化设计． 给出了集神经网络、遗传算法于一体的 云梯车工作装置多目标满意优化算法；  应用优化软件Ｐｒｏｄｏｐｔ采用仿生物进化方法对 云梯车的正转八连杆机构进行了多目标优化； 建立了反转六连杆机构的数学模型，并使用ＭＡＴＬＡＢ软件编程对数学模型进行了优化研究．

    （２）基于虚拟样机的参数化优化设计． 基于机械系统动力学软件ＡＤＡＭＳ对 云梯车工作装置中的各主要杆件进行了参数化，创建了 云梯车工作装置的虚拟样机优化模型；  提出了一种基于ＡＤＡＭＳ的 云梯车正转八杆机构工作装置的多目标优化与仿真方法．基于虚拟样机的优化设计相对与计算机编程的优化设计具有建模简单、控制容易、可视性强、分析全面、编程量少的优点，故本文选择此法对工作装置进行了优化．

     工作装置受力模型: 为了研究卸载冲击在工作装置各部件之间的传递路径，我们需要建立 云梯车工作装置的受力模型，对各部件的受力情况进行分析．为便于分析和计算，我们做出如下假设：①假设卸载工况为对称受载工况，由于工作装置是对称结构，故动臂两侧受到大小相等、方向相同的载荷作用；  ②不考虑机构运动存在的加速度对机构受力的影响，将该过程看作是一个受力平衡状态； ③不考虑动臂、前车架与 云梯车工作装置各构件之间的关系，假设它们彼此互不影响．这样就可以利用工作装置一侧的受力情况来代替整个工作装置的受力情况．在进行工作装置各构件受力的计算时，首先以动臂为受力分离体，去掉约束以反力代替，然后，根据构件中的连接顺序，依次求出各构件的受力．规定任何构件中力的符号以拉力为正，压力为负．此时，工作装置各构件的受力简图．以动臂为分离体，根据平衡原理可列出其静力学平衡方程式，（２）∑ＦＹ＝０，ＰＡＸ＝ＰＢｓｉｎα１ Ｇ为物料重力；ＰＢ为动臂与连杆铰接点的作用力；ＰＡＸ，ＰＡＹ为动臂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，将动臂油缸视为二力杆，则摇臂与动臂油缸铰点的作用力可用沿油缸方向的力ＰＥ表示，由∑ＭＤ＝０，得ＰＥ＝ＰＣ（ｃｏｓα２ｌ１－ｓｉｎα２ｌ３）ｃｏｓα３ｌ２＋ｓｉｎα３    （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． 在卸载工况下，作业过程是通过动臂油缸的伸缩完成，而冲击也是经由动臂、连杆、动臂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，以卸载过程中动臂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．

       动臂油缸受力试验研究:  根据以上的分析得知，我们需要对卸载过程中动臂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，设动臂油缸有杆腔压力为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：Ｆ＝１４πＤ２ｐ２－１４π（Ｄ－ｄ）２ｐ１    将压力传感器安装在动臂油缸的进油口和回油口来测试 云梯车卸载工况下有杆腔和无杆腔的压力．传感器安装现场．  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）计算得到动臂油缸在卸载工况下的受力变化，５次试验的冲击载荷峰值．

   

      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，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，总体均值μ的１－α置信区间，  显著水平是估计总体参数落在某一区间内可能犯错误的概率，用α表示．将３．１中的数据带入，将显著水平α取为５％，则动臂油缸冲击载荷峰值的均值， 冲击载荷峰值置信度为９５％的置信区间．

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        我们考虑采用工作装置优化的方法来寻求降低冲击载荷的途径．利用机械系统动力学工程软件ＡＤＡＭＳ环境，创建的虚拟 云梯车工作装置样机的优化分析模型．利用ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ提供的参数化建模和优化设计功能，可以将参数值设置为可以改变的变量，在分析过程中，只需改变样机模型中有关参数值，软件自带的程序就可以自动地更新整个样机模型． 建模过程中需要在Ａ～Ｉ各铰点处根据真实坐标值创建ＰＯＩＮＴ点，使用ＡＤＡＭＳ的建模工具分别创建动臂、摇臂、动臂、连杆、动臂油缸和动臂油缸，并对三维模型进行装配；然后在各铰点处创建铰接副，在动臂油缸、动臂油缸的活塞杆与缸筒之间建立圆柱副；利用ＩＦ函数和ＳＴＥＰ函数表达式，根据设计要求确定动臂油缸和动臂油缸的运动规律并施加载荷，使活塞杆实现伸缩，以模拟卸载工况．经过仿真分析得到动臂油缸冲击载荷为１５１１４０Ｎ，位于３．２中分析得到的置信度为９５％的置信区间内，初步验证了模型的正确性．

       工作装置的优化研究: 参数化设计点工作装置的铰点中Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ６个铰点对连杆动臂的受力影响较大，考虑到优化的目标为动臂油缸的受力变化，利用ＡＤＡＭＳ的参数化功能将这６个关键点的横纵坐标依次参数化．同时考虑到动臂油缸的运动速度对其受力影响较大，故将动臂油缸的运动速度也进行参数化，共生成１３个设计变量．最后根据 云梯车设计要求确定每个设计变量的取值范围．

    确定目标函数设计规划中的很多问题都是多目标优化问题．多目标优化问题的数学描述由目标函数、决策变量、约束条件组成．一般多目标优化数学描述如下：ｍｉｎｆ（ｘ）＝ｆ［１（ｘ），ｆ２（ｘ），．．．．．．，ｆｉ（ｘ）］ＴＳ．ｔｇ（ｘ）＝ｇ［１（ｘ），ｇ２（ｘ），．．．．．．，ｇｉ（ｘ）］≤０ｌ≤ｘ≤ｕ， ｘ为优化变量；ｆ（ｘ）为目标函数的总体加权值；ｆｉ（ｘ）为第ｉ个目标函数；ｇｉ（ｘ）为第ｉ个约束函数；ｕ和ｌ分别为优化变量取值范围的最大值和最小值；Ｅｎ意为ｕ和ｌ数值取自实数空间．本文采用主要目标法，主要目标法是选择一个目标作为主要目标，将其他目标转化成约束条件．利用ＡＤＡＭＳ的测量功能，将动臂油缸与摇臂铰点处冲击载荷的值设为优化目标，通过对工作装置的受力分析可知，该铰点受力即可反映动臂油缸的受力．

     建立约束设计: 变量的任何一组值，都是一个“设计方案”，所谓“最优设计”实际是满足某些设定限制条件的设计方案中最好的设计方案．这些限制总称为“设计约束”．根据 云梯车的工作条件，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 云梯车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 ；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）最大卸载高度和最小卸载距离约束可以通过建立优化约束来保证最大卸载高度和最小卸载距离，最大卸料高度不小于３１００ｍｍ，最小卸料距离大于９００ｍｍ．（４）卸载角约束通过建立约束条件来保证卸载角不小于４５°．（５）转斗油缸稳定性及结构约束考虑转斗油缸伸长的稳定性时，要求油缸最大长度和最小长度之比不小于１．６，且最小长度应符合油缸设计规４７中国工程机械学报第１４卷范．在ＡＤＡＭＳ中通过控制每阶段油缸的运动速度来控制动臂油缸的行程．  http://www.foshanyuntichechuzu.com/

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