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如何優(yōu)化吊籃車動臂變幅機構 南海區(qū)轄桂城街道,里水鎮(zhèn)、九江鎮(zhèn)、丹灶鎮(zhèn)、大瀝鎮(zhèn)、獅山鎮(zhèn)、西樵鎮(zhèn), 主要從事起重機械高空設備租賃、吊車、登高車、高空作業(yè)車、園林和高空作業(yè)機械租賃業(yè)務 佛山南海吊籃車出租, 佛山南海吊籃車, 吊籃車出租 在曲臂吊籃車起升過程中,動臂液壓缸主要為起升作用,且操作比較頻繁,故其性能直接影響整車起吊性能。在ADAMS中,根據曲臂式吊籃車各零部件間的相對運動關系,在其連接處建立符合實際情況的運動副。根據曲臂式吊籃車在不同幅度下的額定起重載荷,在吊臂末端施加相應的載荷。由于曲臂式吊籃車的動力來源于動臂液壓缸或吊臂液壓缸,故在動臂液壓缸或吊臂液壓缸滑移運動副上施加控制函數。為使曲臂吊籃車在收縮狀態(tài)下運輸時符合國家標準,寬度限定為2.5m,保證車體不超寬。所以,增加收縮到運輸狀態(tài)的過程更加貼近曲臂吊籃車的真實工況。本文將曲臂吊籃車的工作過程從6節(jié)臂全部展開狀態(tài)回縮到蜷縮狀態(tài),再將其一一展開,吊臂從最高位置下放到接近地面再返回到最高位置為一個工況過程,直到6節(jié)臂全部動作完為一個工作循環(huán)。運動過程,運動軌跡依序為a~q,為全工況下的一個循環(huán)過程,其中d→e→d為一個工況過程,以此類推。為保證吊臂起重性能,在吊臂起升到最高位置時,吊臂與地面的仰角為75°。當動臂繞動臂與轉臺鉸點C逆時針旋轉時超過限定時,仿真運動方向反向繼續(xù)。在吊臂變幅到最低位置時,吊臂角度不再變小。當吊鉤到達模擬地面高度時,仿真運動方向反向繼續(xù)。
對曲臂吊籃車整個工作機構進行動力學仿真,由于結構不對稱,存在偏載,故各連桿受力變化曲線不一樣。經仿真可測得在全工況下各構件的受力變化情況,圖3為一變機構各桿件受力變化曲線, 二変機構各桿件受力變化曲線。 二變機構各桿件受力變化曲線構各構件受力在各工況下基本保持不變,而二変機構各構件受力則從工況1到工況7逐漸增大,即伸臂伸越長與桿件受力成正比。一變機構中連桿2、連桿4、轉臺動臂鉸點F在伸臂處于水平位置時受力最大,連桿1和連桿3則在吊臂起吊瞬間受力最大;二変機構中連桿5、連桿7和動臂吊臂鉸點G在伸臂處于水平位置時受力最大,連桿6和連桿8則在吊臂從蜷縮狀態(tài)到展開過程中受力最大。機構仿真過程中,2液壓缸的受力變化曲線。 動臂液壓缸的最大受力值為1300kN,發(fā)生在工況2吊臂處于水平位置;吊臂液壓缸的最大受力值為1450kN,發(fā)生在工況7吊臂處于水平位置。為改善液壓缸壓力,提高吊籃車工作性能,對一變幅機構進行優(yōu)化設計。 根據曲臂式吊籃車的結構特點,吊籃車在作業(yè)過程中動臂液壓缸在起吊作業(yè)過程中為主要起升作用,用于變幅起吊,受力較大且操作比較頻繁,故動臂液壓缸是影響吊籃車舉升能力的主要因素。因此,優(yōu)化目的是減小動臂液壓缸的壓力,以動臂液壓缸在舉升過程中的最大受力值最小為優(yōu)化目標函數,則目標函數為F(X)=Min(MaxofF動臂)。
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對一變幅連桿機構進行優(yōu)化設計,將一變幅機構的A、B、C、D、E等5個鉸點的空間位置定義為優(yōu)化變量,建優(yōu)化模型。利用ADAMS的參數化設計功能將關鍵鉸點的X和Y坐標作為設計變量,共設置了10個優(yōu)化設計變量。2.3約束條件的確定對機構進行參數化優(yōu)化時,需要考慮多方面的約束,針對曲臂變幅機構的運動情況增加優(yōu)化約束條件:曲臂變幅機構的總體尺寸和整體布局,對設計變量上下限進行了設定,為±50mm;且在蜷縮狀態(tài)時,總體寬度L≤2500mm。 由于設計變量對目標函數的影響程度不同,同時考慮10個設計變量,勢必造成迭代次數增加,為提高計算效率,在優(yōu)化設計之前,對一變幅連桿機構進行靈敏度設計研究。由于不同設計變量對目標函數的影響程度不同,通過設計研究對每個設計變量進行優(yōu)化分析,可得到設計參數對參數化優(yōu)化目標的敏感度等信息。 設計研究得到的對動臂液壓缸最大驅動力敏感度最高的4個變量作為最終設計變量,對一變幅機構進行優(yōu)化設計。優(yōu)化目標是動臂液壓缸受力最大值最小,優(yōu)化方法選擇二次規(guī)劃法。為優(yōu)化前后各鉸點坐標的變化情況,在全工況下優(yōu)化前后的動臂液壓缸受力變化曲線,動臂液壓缸優(yōu)化前后的受力最大值的變化曲線。PARAM_5、PARAM_6為轉臺 動臂液壓缸優(yōu)化前后受力最大值變化和動臂鉸接點設計參數,優(yōu)化分析中通過多次仿真試驗發(fā)現(xiàn),此鉸點的位置對動臂液壓缸力的影響較大。因此,在設計中應注意轉臺和動臂根部鉸接點位置的尋優(yōu),以減小機構系統(tǒng)油路中的壓力沖擊。 優(yōu)化后液壓缸最大作用力較優(yōu)化前下降了7%。優(yōu)化后的機構在一定程度上改善了液壓缸壓力,提高了液壓系統(tǒng)的使用壽命。將優(yōu)化后的鉸點位置坐標輸入到模型中重新進行受力計算,得到一變幅機構優(yōu)化前后各構件或鉸點的最大受力值對比。優(yōu)化前后一變機構各構件和轉臺動臂鉸點F受力均有所下降,下降幅度最小為6.6%,最大可達23%,效果明顯,驗證了優(yōu)化的合理性,達到了優(yōu)化設計的目的。
通過動力學仿真分析得到了全工況下各構件及液壓缸的受力變化曲線,為減小動臂液壓缸的最大受力,對動臂變幅機構進行優(yōu)化分析,優(yōu)化結果改善了液壓缸的受力,降低了一變各桿件的受力,得到了更加合理的曲臂變幅機構設計參數,達到了優(yōu)化設計的目的,從而驗證了該優(yōu)化方法可行有效,為該方法在其他類似機構的設計提供了新思路。
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