基于虚拟样机技术的装载机工作装置优化设计

基于虚拟样机技术的装载机工作装置优化设计

第3 7卷第 3期2 1年 6月 00

拖拉机与农用运输车Tr co a t r& Fam a s o tr r Tr n p re

V0 . 7 No 3 13 .

J n 201 u e, 0

基于虚拟样机技术的装载机工作装置优化设计何孔德，方子帆(峡大学机械与材料学院，北宜昌 4 30 )三湖 402

摘要：于机械系统动力学软件 A AMS环境，建了装载机工作装置的虚拟样机优化模型。采用先进的 O T E基 D创 P D S非线性二次

规划计算方法，以装载机工作装置动臂油缸的举升力为目标函数进行了优化设计。提出了一种装载机工作装置优化设计的新方法。通过优化分析使得该工作装置在满足约束的条件下，到工作装置最优的结构尺寸，装载机动臂举升油缸的举升力得到最得且优的结果。

关键词：载机；优化设计；拟样机技术： T S装虚 OP DE 中图分类号：H 4 U 1 . 1 T 2 3; 4 5 5+4文献标识码： B文章编号：0 6 0 0 2 1 0— 0 7 0 10— 0 6(00)3 0 9— 3

Op i l sg fW o kn vc o o d r t ma De i n o r ig De ie f rL a e B s d o r a o o y e T c n lg a e n Vi u l t Pr t t p e h oo yHE n d Ko g— e,FANG n Zi

( ol eo c a ia a d Ma r l n ie r g C iaT reG r sU i ri, i a g 4 0 2 C i ) C l g f e Meh ncl n t a E g e n, hn he o g nv s y Y c n 3 0, hn e i n i e e t h 4 a

Ab ta t h pi lmo e fwokn e iefrla e ss tu a e n ADAMSs f r. a igtelt g s r c:T e o t d lo rigd vc o o d rwa e p b sd o ma ot e T kn h ii wa fnf r e o o c ln r o r i g d vc s tr e u c in,he o i a e in s do e wih a v n e o c fbo m yi de fwo k n e ie a a g tf n to t pt l d sg wa n t d a c d O

PTDES n nl a m o i r ne s q eni lqu d a i o r m mi lo ih . ne m eh d wa tf r r o ptma e in t r i g d vc f la e . e u ta a r tc prg a ng ag rt m A w t o spu o wa d fro i ld sg o wo k n e ie o o d r The o tma i n in or wo kng e ie a h p i a l tn o c f b o p i ld me so f r i d vc nd t e o tm l i i g fr e o o m c lnd r c n be b ane by h o i l f yi e a o t i d te ptma a ly i . na ss

K y wo d e r s:L a e; pi a d s n V r a po tp c n l y O T E o d r O t l e i; i u l rt y et h oo; P D S m g t o e g

装载机工作装置通过连杆机构实现铲掘、卸和运输物料，性 装其能的好坏直接影响装载机的工作效率和作业质量。装载机工作机构设计的核心是连杆系统尺寸的确定。当前，载机工作装置连杆机 装构的设计多数采用的是根据统计数据、考同类型产品用图解试凑 参法确定连杆机构各构件尺寸和铰接点位置。该法工作繁琐、率低效

且不易获得各项指标都较高的设计方案。本文针对以上问题，于机械系统动力学软件 A A基 D MS环境， 对装载机工作装置中各主要构件进行参数化建模，建了装载机工作创装置的虚拟样机优化模型。采用先进的 O T E P D S非线性二次规划计 算方法，出了一种装载机工作装置的连杆机构参数优化设计的新提方法。通过优化分析使得该工作装置在满足最大卸载高度、小卸最载距离、大卸料角的条件下，到工作机构最优的铰接位置及尺最得寸，装载机动臂举升油缸的举升力得到最优的结果。且图 1装载机的工作装置示意图 Fg 1 Sk th Ma f o kn v e f rL a e i e c p o ri g De i o o d r W c

1机构分析 装载机的工作装置是反转六连杆机构，图 1所示，由转斗

机如它构和动臂举升机构组成，斗机构由转斗油缸 C摇臂 C E,杆转 D, B连

F铲斗 G动臂 G A和机架 A 构件组成。实际上，是由两 E, F, B D 6个它个反转四杆机构 G E和 B D FB C A所串联而成。当举升动臂时，假若定动臂为固定杆，可把机架 A视为输入杆，铲斗 G看成输出则 D把 F图 2装载机的工作装置反转六连杆机构简图F g 2 S e c p o x l k g c a im o ok n e i f o d r i . k t h Ma f Si n a e Me h ns f r i W rig D vc o a e e L

杆，于 A和 G由 D F转向相反，以把此机构称为反转六连杆机构。所 它包含 2个三铰构件和 4个两铰构件，于反转六连杆机构是关于由装载机左右对称的，以可以简化为图 2所示的平面图形 _ J所 1。

2建模和优化2 1建模 .

通过三维建模软件建立装载机工作装置的三维模型如图 3所示，

收稿日期：0 9 0— 6 20— 3 1

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基于虚拟样机技术的装载机工作装置优化设计

拖拉机与农用运输车利用三维软件的测量功能测量出装载机反转六连杆机构各个铰接点

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st g( )+V ( ) .., S≤ 0 h ( )+ Vh ( )=0 S ( I I)

的坐标， A A S在 D M软件中建立其虚拟样机仿真模型如图 4所示。

求解上述二次规划子问题，得到搜索方向 s沿搜索方向进行一，维搜索，确定步长，按并 X“= +a| s ( 2 1)

的格式进行迭代，最终得到原问题的最优解。求解式在每次迭代中

应对不等式约束进行判断，留其中起作用约束，保除掉不起作用的约束，将起作用的约束纳入等式约束中，不等式约束的子问题和使只具有等式约束的子问题保持了一致。图3装载机工作装置的三维模型Fg. h e me so a d l fWo kn vc o o d r i 3 T re Di n i n l Mo e r ig De ie f r a e o L

2 3模型的参数化 .

进行优化分析的第一步是进行模型的参数化，以确定影响样机性

能的关键输入值的设计参数。在 A A S中采用的是设计点的参数化 DM和设计变量参数化相结合的方

法，将点的坐标参数化，以自动地修可改与参数点有关联的对象，然后利用这些点产生新的构件，当这些特殊点的参数改变时，与其相关联的几何形体也将自动更新，实现样机几何形体的参数化。设计变量参数化可以定义参数变量，建立设计变量与模型对象的关系，以研究一个或多个参数对样机性能的影响L。 4 J2 4确定目标函数 .

目标函数是用来使“设计”优化的函数，是设计所追求目标的函图 4装载机虚拟样机仿真模型Fi, r a r tt p d l f o ig D v e f rL a e g 4 Viu l o oy e Mo e o r n e￣ o d r t P W k o

数表达式。根据优化目标：寻求铲斗举升平动的最优方案。利用最小二乘法原理来建立优化目标函数，本文研究的是如何使装载机工作装置举升油缸的举升力最小时铲斗能获得最大的掘起力，以目所

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