機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

林福泰

摘要：本文通過對機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)工作裝置以及各構(gòu)件之間運動關(guān)系的分析，確定機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)，根據(jù)實際應(yīng)用情況，對動臂結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化方案的設(shè)計，使其可以滿足更多挖掘任務(wù)。

關(guān)鍵詞：機械式;礦用挖掘機;動臂結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計研究

前言

機械式礦用挖掘機的應(yīng)用大大降低了挖掘的難度，同時提高了工程加工的進度，但是針對具有較高難度的挖掘工作，還需要機械式礦用挖掘機具有良好的動臂結(jié)構(gòu)，可以靈活的變換?；诖耍枰獜膭颖劢Y(jié)構(gòu)的工作裝置、行走裝置和回轉(zhuǎn)裝置對其進行優(yōu)化設(shè)計，降低各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸對整體運行的影響，使動臂結(jié)構(gòu)可以與挖掘任務(wù)形成統(tǒng)一的挖掘軌跡，提高挖掘工作的綜合質(zhì)量。動臂是礦用挖掘機工作裝置的主要構(gòu)件，對其進行優(yōu)化設(shè)計，既可以提高工程挖掘進度，又可以提高工作裝置的整體性能，所以使用者要積累更多的挖掘工作經(jīng)驗，明確各組件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，提高設(shè)計水平和分析效率。

1.機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)工作裝置的運動學(xué)分析

1.1運動學(xué)對礦用挖掘機理想挖掘軌跡的影響

在礦用挖掘機實際工作的過程中，斗齒尖端會在挖掘工作面產(chǎn)生一條自下而上的跡線，這條軌跡會受到動臂結(jié)構(gòu)工作裝置運動學(xué)的影響，因為在齒尖運行的過程中，會形成固定的挖掘軌跡，而動臂結(jié)構(gòu)為了簡化挖掘的難度，會減小挖掘阻力，然而，鏟斗的切削角度很難保持不變，挖掘軌跡自然會發(fā)生變化。鏟斗在完成一次完整的挖掘行為后，挖掘初始位置會隨著鏟斗伸出長度的變化而變化，這時，任一時刻的斗桿伸出長度都會改變轉(zhuǎn)角的角度，所以礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計必須結(jié)合實際的挖掘工作，對各個運行運動過程進行充分的分析，進而明確挖掘軌跡控制的方法[1]。

1.2工作裝置動力學(xué)參數(shù)的確定

工作裝置動力學(xué)參數(shù)的確定內(nèi)容主要包括：提升機構(gòu)提升速度的分析、推壓機構(gòu)推壓速度的分析、挖掘機挖掘阻力的分析、鋼絲繩與天輪切點坐標的分析。其中，提升機構(gòu)提升速度的分析主要針對礦用挖掘機鏟斗初始位置的變化位置。推壓機構(gòu)推壓速度的分析需要結(jié)合礦用挖掘機的一個完整工作循環(huán)，確定斗桿的推出量，然后以推壓機構(gòu)推壓軸回轉(zhuǎn)速度為主要依據(jù)，明確推壓軸驅(qū)動的回轉(zhuǎn)角速度[2]。挖掘機挖掘阻力的分析是在鏟斗挖掘作業(yè)中，結(jié)合鏟斗受到的切削阻力和裝土阻力，確定準確的挖掘總阻力和兩個分力對挖掘工作的影響力度，實際需要分析的數(shù)據(jù)包括：鏟斗切削邊寬度、切削層厚度、挖掘比阻力。鋼絲繩與天輪切點坐標的分析需要根據(jù)挖掘工作的物理模型，對挖掘過程中各個構(gòu)件之間的相互運動特征進行描述，確定提升鋼繩位置是否與天輪保持在相切的關(guān)系中，在切點位置時刻變化的過程中，變化的程度是否會影響到分析結(jié)果的準確性，這都是鋼絲繩與天輪切點坐標分析的主要內(nèi)容[3]。

2.機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究內(nèi)容

2.1基于APDL的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析

基于基于APDL的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要正確選擇設(shè)計的方法，其中，APDL軟件可以從零階開始優(yōu)化，求得一個函數(shù)來表示完成空間的擬合目標，這種優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式得到的優(yōu)化值可以更加準確的反映出動臂結(jié)構(gòu)的特點和優(yōu)勢。根據(jù)機械式礦用挖掘機實際的使用需求，在對運行狀態(tài)變量、設(shè)計變量分析的過程中，一定要確定程序的準確性和安全性，狀態(tài)變量要能對設(shè)計變量進行控制，優(yōu)化求解的途徑也要體現(xiàn)出多樣性，這樣才能滿足復(fù)雜挖掘任務(wù)的應(yīng)用需求[2]。

2.2動臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程分析

在APDL結(jié)果優(yōu)化結(jié)束之后，需要對機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，實際的設(shè)計流程是：首先，需要對變量進行初始化設(shè)計，初始化設(shè)計變量會根據(jù)參數(shù)化類型建模，通過加載和求解提取出分析結(jié)果并指定優(yōu)化變量，然后，把變量添加到指定的優(yōu)化分析文件中，通過OPT的作用，整個優(yōu)化過程進入到優(yōu)化參數(shù)的評價階段，如果評價結(jié)果為非最優(yōu)解，則優(yōu)化數(shù)據(jù)會再次進入到指定的優(yōu)化分析文件中，通過OPT的作用，則會再次進入到評價模式，對優(yōu)化文件進行評價[5]。最后，最優(yōu)解通過收斂作用退出OPT程序，得到最終的設(shè)計結(jié)果，這種動臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程準確，利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，更加明確的體現(xiàn)出了設(shè)計的重點和流程，有利于設(shè)計人員及時調(diào)整設(shè)計方案。

3.結(jié)語

在上文分析的內(nèi)容中，筆者結(jié)合機械式礦用挖掘機動臂運行與運動學(xué)之間的關(guān)系，指出了運動學(xué)對挖掘機軌跡和運行過程的影響程度，基于此，設(shè)計出動臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化流程和內(nèi)容?；趯嶋H運行情況設(shè)計的優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以滿足實際應(yīng)用需求，針對技術(shù)問題也可以更好的利用現(xiàn)代化技術(shù)進行解決，體現(xiàn)出了高效的控制能力。

參考文獻：

[1]邸麗偉，周光明，張麗敏，等.機械式礦用挖掘機動臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2013，01（23）：230-233.

[2]盧雄偉，張志明，陳思明，等.8m～3礦用挖掘機工作裝置優(yōu)化設(shè)計及結(jié)構(gòu)強度分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報，2013，02（34）：120-122.

[3]王得勝，李德龍，楊世鑫，等.12m～3機械式礦用挖掘機履帶架強度和剛度分析研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，2013，（19）：129-133.

[4]邸麗偉，孔德文，任友佳，等.基于虛擬樣機技術(shù)的機械式礦用挖掘機工作裝置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].建筑機械，2013，01（23）：178-182.

[5]劉海燕，林述溫，高光玉，等.優(yōu)化過程知識引導(dǎo)的挖掘機動臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計新策略[J].中國工程機械學(xué)報，2013，03（15）：228-233.