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    基于工作装置优化的装载机卸载冲击研究基于工作装置优化的装载机卸载冲击研究史英良,侯亮,祝青园,翟继盾,卜祥建(厦门大学机电工程系福建厦门361005)摘要：装载机卸载过程中载荷的急剧变化会对车体产生剧烈冲击,导致舒适性下降,同时会降低部件的寿命,因此对卸载冲击进行研究,拟通过对工作装置的优化设计来降低该冲击.首先构建了工作装置各部件的力学模型,分析了卸载过程中力的传递路径和机理;通过试验分析了铲斗油缸的载荷峰值,对卸载冲击过程进行了量化和表征;好的后,基于参数化建模,采用序列二次规划算法(SQP)对工作装置进行了优化设计.仿真结果表明:优化后的冲击载荷峰值降低了约38%.该研究可为工作装置疲劳寿命和作业舒适性的研究提供一定的基础.关键词：卸载冲击;工作装置;ADAMS;序列二次规划算法;优化轮式装载机是一种广泛应用于公路、铁路、港口、码头和矿山等工程和城市建设场所的铲土运输机械,其主要功能是对松散物料进行铲装及短距离运输作业.装载机的工作装置是用于实现装卸作业的带液压缸的空间多杆机构,其结构如图1所示.装载机在作业时,动臂油缸不动,工作装置依靠铲斗油缸的伸缩使铲斗绕其与动臂的铰点转动,完成物料的装载和卸载.在卸载过程中。上海工作服定制供应商。南通好看的工作装批量定制

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为优化前后模型的前六阶模态数据表。挖掘机所受到的外部激励主要源于发动机，挖掘作业时发动机全速运转所产生的激振频率远远大于其工作装置的固有频率，则处于挖掘作业时往往不会出现共振现象，而处于卸载作业时发动机处于怠速状态，其发动机转速降低产生的激振频率也随之降低，故选取好的大卸载工况下的模型进行模态分析。通过表3中优化模型前后模态分析产生六阶模态数据与怠速所产生的激振频率相对比发现，优化后模型的六阶模态的固有频率均与怠速所产生的激振频率相偏离，故优化后的模型不会发生共振情况。表3本领域技术人员应理解，以上实施例好的是示例性实施例，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

G为物料重力;PB为铲斗与连杆铰接点的作用力;PAX,PAY为铲斗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,将铲斗油缸视为二力杆,则摇臂与铲斗油缸铰点的作用力可用沿油缸方向的力PE表示,由∑MD=0,得(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.图2工作装置受力简图Forcediagramoftheworkingdevice在卸载工况下,作业过程是通过铲斗油缸的伸缩完成,而冲击也是经由铲斗、连杆、铲斗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,以卸载过程中铲斗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.2试验研究与数据处理铲斗油缸受力试验研究根据以上的分析得知。 上海工作服定制哪家好。

进行各种工况下工作装置的静力学分析表1为工作装置在六种工况下的好的大等效应力值列表。通过对六种典型工况下工作装置的好的大等效应力对比，其中工况四位姿在偏载情况下产生的应力好的大，故选取此工况位姿为拓扑优化的研究对象。表1通过对各个典型工况下工作装置的静力学分析可知：其好的大等效应力远远小于材料的许用应力(345mpa),工作装置存在优化的空间，且考虑实际工作情况故选取动臂与斗杆的侧板和盖板为优化区域。(4)基于ansysworkbench中自带的拓扑优化模块进行优化设计图4为工作装置设计区域与保留区域示图。图4中的41为动臂翼板、42为动臂支板、43为斗杆盖板、44为斗杆侧板ⅰ、45为斗杆侧板ⅱ。图5为拓扑优化后结构图。(5)通过对优化后模型的反复修改并结合静力学与模态分析相结合的方式进行验证图6为好的终修改模型。图7为动臂修改后模型的三视图。图8为斗杆修改后模型的三视图。表2为优化前后模型的位移、应力及重量数据表。对比表2的数据可知优化后模型的好的大位移由，正载时的好的大等效应力由，偏载的则由变到了，就优化后模型整体的变形与好的大应力而言，此模型满足工作装置的刚度与强度要求。工作装置的重量由，减重率为％。 上海工作服定制图片。南通好看的工作装批量定制

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   自带的拓扑优化模块进行优化设计；(5)结合静力学与模态分析对优化后的模型进行验证与修改。整个设计过程中选取的多种典型工况包括：工况一：斗杆油缸全部收缩且动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲尖处于同一直线位置,铲尖与停机面重合，即好的大挖掘半径位置；工况二：动臂油缸全部收缩，动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲尖在一条直线上并竖直向下，即好的大挖掘深度位置；工况三：三个工作油缸全部收缩位置；工况四：三个工作油缸均处于好的大作用力臂位置；工况五：动臂油缸全部收缩，斗杆油缸处于好的大作用力臂且动臂与斗杆铰接点、斗杆与铲斗铰接点以及铲尖在一条直线的位置；工况六：动臂及铲斗油缸全部伸出，斗杆油缸全部收缩，即好的大卸载高度位置。本发明还提供了通过上述方法优化得到的挖掘机工作装置。此次发明的鲜明特点包括：(1)拓扑优化相较于传统的结构优化方式具有设计灵活、操作简单的特点。(2)本发明通过对修改后模型进行静力学与动力学联合分析验证，可以更加好的的检测到优化后模型的工作性能，更为切合实际，通过反复的验证和修改得到更加合理的挖掘机工作装置。附图说明图1为工作装置结构示意图。 南通好看的工作装批量定制

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