某小型輪式裝載機工作裝置優(yōu)化設計

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)、健康和高速的發(fā)展，對于裝載機的需求量越來越大。然而，市面上現(xiàn)有裝載機大多數(shù)裝載量較大，對于只需要較小裝載量的場合，這些裝載機多余的容量就浪費掉了。為了填補行業(yè)空缺、滿足市場需求，本文將目光集中在小型輪式裝載機上，通過以某型號3噸裝載機的工作裝置為基礎，對工作裝置進行運動學分析和重新設計，開發(fā)一款新型工作裝置。

1 輪式裝載機簡介

輪式裝載機作為一種主要的工程機械在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮著重要的作用，與履帶式的相比它具有機動性能好、不破壞路面、操作方便等優(yōu)點，所以輪式裝載機得到廣泛的應用

，其性能優(yōu)劣直接影響工作效率和使用壽命。輪式裝載機具有良好的機動功能和卸載功能，應用廣泛，已成為工程機械的主力機種，它是一種廣泛應用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國防等工程和城市建設等場所的鏟土運輸機械，其主要功能是對松散物料進行鏟裝及短距離運輸作業(yè)

。

采用隨機、安慰劑對照的平行試驗，對116例健康受試者進行心臟電生理QTc間期延長的研究，氯喹（1 000 mg）單用或與口服阿奇霉素（500 mg、1 000 mg、1 500 mg，每日1次）合用。與阿奇霉素合用可延長QTc間期，且呈劑量和濃度相關性。與單用純氯喹相比，與500 mg、1 000 mg和1 500 mg阿奇霉素合用的QTcF的最大均值（95%置信上限）增加，分別為5（10）ms、7（12）ms和9（14）ms。

電機本體若無磁極檢測單元便成為同步電動機。同步電動機當負載稍有改變時必定發(fā)生失步即瞬態(tài)擺振，此刻功角實質(zhì)上處于無羈狀態(tài)。電機本體必備磁極檢測單元，它能使他控逆變器轉為自控逆變器，無論負載是否變動，定子磁鏈矢量的平均轉速始終跟隨轉子磁鏈矢量的轉速保持一致。對電機本體采取直接轉矩控制時，定、轉子磁場軸線間的交角δsr便處于有控制地可行調(diào)節(jié)的受控狀態(tài)。故除了感應電動機只有對電機本體采取直接轉矩控制才能調(diào)控電磁轉矩。

2 輪式裝載機工作裝置

工作裝置是裝載機鏟裝物料的機構，其結構參數(shù)和性能對整機尺寸、性能參數(shù)和能量消耗、生產(chǎn)效率有著顯著影響。裝載機工作裝置由運動相互獨立的兩部分組成：連桿機構和動臂舉升機構，具體包括鏟斗、拉桿、搖臂、動臂、前車架、鏟斗油缸、動臂油缸、液壓系統(tǒng)等。整個工作裝置鉸接在車架上；鏟斗通過連桿和搖臂與轉斗油缸鉸接，用來裝卸物料；動臂與車架、動臂油缸鉸接，用來升降鏟斗；而鏟斗的翻轉和動臂的升降均采用液壓系統(tǒng)來操縱。

1．1．1 調(diào)查組 2008年3－12月就診于佳木斯大學附屬第三醫(yī)院的腦癱確診兒童的父母，剔除資料不全者，實際調(diào)查人數(shù)128名，年齡（30．93±4．06）歲，父親44名，母親84名。兒童年齡（2．69±1．77）歲，男73名，女55名，男女比例1．33∶1。

國學大師饒宗頤說：“漢字是中華民族的肌理骨干，可以說是整個漢文化構成的因子”。某種程度上，如果“具”字少一橫，那么文化因子就丟掉一點。網(wǎng)絡討論已經(jīng)過去，但漢字的使用危機仍未解除。期盼相關部門出臺一些系統(tǒng)性的保護措施，每個人也能有意識地從鼠標鍵盤中“透個氣”，在那些豎折彎鉤中，激活中華文化的生命力。

本文研究的輪式裝載機具有指定的卸載高度和卸載距離，在鏟斗幾何形狀不變、鏟斗油缸和動臂油缸不變的前提下，通過正向試湊法和機構反算法來大致確認各鉸點的位置，再通過ADAMS軟件的模型仿真功能來進一步調(diào)整各鉸點的坐標，直到得到一個滿足要求的模型，再做進一步的優(yōu)化。

3 工作裝置設計要求和思路

3.1 設計要求

裝載機要求合理選取鏟斗的結構和尺寸以減小工作阻力，達到裝滿、卸盡的目標，確保運輸平穩(wěn)；舉升過程中，鏟斗傾角的最大變化量控制在10°范圍內(nèi)，保證工作裝置的平移性，防止物料溢出；保證必要的卸料角、卸載高度和卸載距離，其中卸料角應大于45°；裝載機工作裝置的拉桿機構能產(chǎn)生足夠大的插入力和掘起力，盡量低功耗，零部件受力狀態(tài)良好；鏟斗有良好的自動放平性；避免機構間出現(xiàn)相互干涉、自鎖、死點等現(xiàn)象；盡量減小工作裝置的前懸、長度和高度，以保證裝載機的穩(wěn)定性。

3.2 設計思路

采用反轉六桿機構的優(yōu)點是在轉斗油缸大腔進油時進行轉斗，可以獲得比較大的鏟取力；當桿件設計合理時可以得到良好的平移性和自動放平性；結構比較簡單緊湊，操縱者具有良好的視野。缺點是如果設計不合理各桿件間容易發(fā)生干涉，影響工作裝置的正常工作。

4 工作裝置優(yōu)化設計

4.1 分析模型

將裝載機各部分簡化成以下模型，如下圖3所示。其中：A、B、C、D、E、F、G、H和I為鉸點

；∠ABC、∠BCD和∠FED為傳動角;H1是最小卸載距離，H2是最大卸載高度；DE是動臂長度。

本文研究的裝載機采用反轉六桿機構，如圖1所示，該機構具有良好的綜合性能，在國內(nèi)外裝載機領域均被廣泛使用。裝載機所屬的反轉六桿機構具有幾個工況：地面插入工況、收斗工況、舉升工況、運輸工況、卸料工況和放平工況，本文主要考慮四種典型狀態(tài)：鏟崛工況、運輸工況、最高位置工況和高位卸載工況，如圖2所示

。

4.2 優(yōu)化設計

綜合考慮各因素影響后，制定了下述優(yōu)化方案：

這天，杏子娘來看女兒了。上次回家，杏子就把自己的丑事跟娘和盤托出了。杏子見了娘，眼淚嘩嘩地流，躲房里跟娘說，這孩子不打下來，我就只有死路一條了。娘說，我聽人說，吃半生不熟的綠豆可以打胎，你不妨試試看。杏子就照著煮了綠豆，拼著命吃了大半碗，幾天過去了，還是不見效。

(1)目標函數(shù)：將平移性作為優(yōu)化目標。平移性是指鏟斗油缸封閉后，動臂在舉升過程中，連桿機構應能使鏟斗在收斗位置保持平移的能力，一般通過將動臂舉升過程中最大收斗角和最小收斗角的差來體現(xiàn)

，即F=U

U

，其中U

、U

分別對應收斗角的最大值和最小值。

(3)約束條件：包括邊界約束、性能約束(平移性約束、傳動角約束、卸料角約束、拉桿長度約束、動臂油缸長度初始約束和鏟斗油缸長度初始約束)

。

(2)設計變量：考慮到機架、鏟斗、動臂油缸、鏟斗油缸、搖臂等的結構尺寸都被要求不變，精簡為以下幾個設計變量X

、X

、Y

、X

、Y

、V

、α，分別是鉸點A的橫坐標，D、I的橫縱坐標，α是DE與Y軸的夾角。其余變量可通過上述設計變量來表示。

4.3 ADAMS軟件介紹

上述表格是測量曲線的一些特殊值，結合曲線可以得到以下結論：

(2)在動臂舉升過程中，傳動角1最小值為9.8859°，超出了限定范圍，這不滿足設計要求。

4.4 工作裝置的運動學仿真

在ADAMS軟件里對簡化后的裝載機進行運動學仿真，并測量仿真曲線。仿真主要包含四個階段：(1)鏟斗收斗動作：動臂油缸閉鎖，鏟斗油缸伸長；(2)鏟斗舉至最高位置：閉鎖轉斗油缸，伸長動臂油缸；(3)鏟斗卸料動作：動臂油缸閉鎖，鏟斗油缸縮短；(4)鏟斗油缸閉鎖，動臂油缸縮回至初始長度，整個工作裝置回到初始位置。完成上述動作后，即完成了整個工作循環(huán)。

ADAMS是機械體統(tǒng)動力學分析軟件，是由美國MDI公司開發(fā)的一款虛擬樣機軟件。在ADAMS軟件中，可以完成對機械系統(tǒng)的幾何建模、結構分析，以及求解各種運動量(包括位移、速度和加速度)。軟件通過建立虛擬樣機幾何模型、添加約束和運動驅動，實現(xiàn)對模型的運動學仿真；再對機構施加載荷，可以完成動力學仿真。在仿真完成后，可以輸出結果曲線，并對其做處理。通過ADAMS軟件，可實現(xiàn)虛擬樣機的參數(shù)化建模及設計，并對虛擬樣機進行參數(shù)化分析。這樣提高了樣機的性能，還能掌握結構復雜的機械系統(tǒng)的動力學和運動學性能

。

(1)在仿真過程中，工作裝置能夠順利完成一個工作循環(huán)，未發(fā)生卡死或干涉現(xiàn)象。

在ADAMS軟件中對裝載機工作裝置進行建模、運動學分析和結構優(yōu)化設計。首先，建立模型并進行仿真；然后，在約束的條件下對模型進行優(yōu)化設計，滿足最初的設計要求

。

“唰”，田志芳跳下馬，這把向陽花和士兵都嚇一跳，士兵趕緊來扶田志芳，怕她跌倒挨處分，田志芳反倒一把抓住士兵的手，“我們結婚吧。”

(3)鏟斗卸料角為39.6803°，小于設計的上述表格是測量曲線的一些特殊值。

參加本次調(diào)查的藏族大學生均來自中國海洋大學，共計63名，其中有效問卷62份，分別由20名男生和42名女生組成，他們的年齡在20至24周歲。

(4)在運輸位置時，鏟斗轉過角為51.7982°，超過設計所需的47°；觀察圖形，可計算出裝置的平移性為13.5342°，滿足要求，但是平移性能一般。

(5)最小收斗角的位置與下限收斗位置相重合；最大收斗角的位置不與上限收斗位置重合，并且位于動臂水平位置和上限收斗位置之間。收斗角增大的速度隨著舉升高度的增加逐漸變緩。

基于上述問題，我們需要利用ADAMS軟件進行仿真優(yōu)化，通過改變設計變量的取值范圍，實現(xiàn)模型的優(yōu)化。仿真分析的過程是通過ADAMS/Solver求解程序實現(xiàn)的，結束之后，程序自動回到之前ADAMS/View界面。優(yōu)化時，先設置好時間和步數(shù)，再選擇算法，經(jīng)過幾輪計算，得到優(yōu)化結果

。

經(jīng)過優(yōu)化后，模型克服了初始模型的一些性能缺陷，達到設計要求。在舉升工況中，優(yōu)化后的模型較參考模型舉升的平移性更好，這樣物料在舉升過程中溢出的更少，性能明顯改善。鏟斗的自動放平性也有了明顯優(yōu)化，之前鏟斗的傾角大于15°，優(yōu)化后模型不足5°。這樣得到了一組滿足設計要求的優(yōu)化解，基于該解得到新的工作裝置，實現(xiàn)優(yōu)化目的。

5 結論

本文以某型號輪式裝載機為研究對象，在ADAMS軟件里建立了裝載機工作裝置的參數(shù)模型，并對其進行了模型仿真和優(yōu)化設計，得到了滿足設計要求的一組優(yōu)化值，證明了通過ADAMS軟件對裝載機工作裝置進行運動分析的方案是可行有效的，通過調(diào)整設計變量的取值還可以得到其他優(yōu)化值。借助計算機仿真軟件來解決實際工程中遇到的問題，可以縮短設計時間、提高效率，對其他型號的裝載機優(yōu)化有著一定的借鑒意義。

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