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桑叶采摘机手动操作机构的优化设计.pdf

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桑叶采摘机手动操作机构的优化设计.pdf

年月农业机械学报第卷第期桑叶采摘机手动操作机构的优化设计’李健靳龙摘要应用力学理论对桑叶采摘机手动操作机构曲柄的角速度和操作者的扣动力进行了分析计算对操作机构进行优化设计时以操作者的扣动力最小和曲柄在滑块移动到,处时的角速度最大为目标建立多目标优化的数学模型采用统一目标法中的乘除法将各个目标函数统一到一个总的统一目标函数中然后采用/01/2语言编程使用优化工具箱求出最优解将优化结果应用在桑叶采摘机的设计中达到了预期效果关键词3桑叶采摘机操作机构优化中图分类号345678文献标识码39;ABCDEFBAGHBIJ;DKABHDLMBEAGHIJNDKKOPDQDERJILSBFHLMBDTUVU/WVUWTXWYZ\_‘ABACDEFAGHIJKDLMINI_HOPNEKLQRS/WYT1/UVS1XWU0XXYWU/WZXY{/WT/1X|SU/0UXW{SWR/WU}{XY/{T12SUUX1S/VS}|1TWZUWY{/WRUWS/WU0}X|SU/0UXWYXUWSSUSW/1WT1/0S2X0RS{SWR/WUW/10RSXUX9{/0RS{/0UW/1{XS1XY{T10UX2SW0UVSX|0U{U/0UXW/}S}0/21U}RS2XWXXUUW/0UWY0RSX2SW0UVS}XY{UWU{UUWYX|SU/0UXWYXUWS/W{/U{UUWY/WYT1/UVS1XWU0XXY0RSWU/WZRSW0RS}1US{XVS0X/R/1YU}0/WWSQRSX2SW0UVSYTWW0UXW}SUSTWUYUS0X/YSWSU/1YTWW0UXWJZ’O2XT}UWY0RS{S0RXXYTWUYUSX2SW0UXWQRS{XS1/}}X1VS2XT}UWYX|0U{U/0UXW0XX12XUW/01/2QRS}X1T0UXWXYX|0U{U/0UXW/}/||1USUWS}UYWXY0RS{T12SUUX1S/VS}|1TWZUWY{/WRUWSRUWRS{XW}0U/0SU0}SYYSW0UVSWS}}DOAKET12SUUX1S/VS}|1TWZUWY{/WRUWS|SU/0UXW{SWR/WU}{|0U{U/0UXW收稿日期3,6’广西科学基金资助项目Z项目编号3桂科自,,O李健广西工学院机械工程系副教授,柳州市靳龙广西工学院机械工程系讲师引言桑叶采摘机主要由手动操作机构增速机构开口空心齿轮轴刀片和接叶篮等部分组成/0手动操作机构是用于控制刀片旋转由曲柄滑块机构与棘轮棘爪组合而成桑叶采摘机手动操作机构的优化设计主要是对手动操作机构中曲柄滑块机构的优化设计有关曲柄滑块机构的最优化设计很多文章都做了报道如再现运动规律的最优化设计再现给定轨迹的最优化设计/0等本文针对桑叶采摘机的工作要求首先对手动操作机构中曲柄滑块机构建立多目标优化设计的数学模型然后采用适当的最优化算法对桑叶采摘机的手动操作机构进行优化设计1优化模型的建立151角速度2的计算桑叶采摘机手动操作机构的结构如图所示为操作方便曲柄只是来回移动一定角度而不旋转34为棘爪对曲柄的作用力它等于刀片切断桑叶所需的力和机构需克服的各种阻力之和对桑叶采摘机来说其值是一定的54666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666为操作者采桑叶时万方数据手指的扣动力为减轻劳动强度应愈小愈好此外由于刀片旋转越快其切断桑叶的效果就越好因此要求曲柄回转一定角度时在滑块移动速度一定的情况下其角速度最大为达到上述目的建立图所示的坐标系运用正弦定理从三角形’中求出角与,的关系得/,012/于是34,506172/8按二项式定理展开得34,065172/95765172;/;6065172/65172;/;6通常12;则5172;;比小得多因此取近似值等式右边第项和其后各项可以略去误差极小由此得34,065172/065172634AB065;17295;17234AB式中1CC曲柄长度2CC连杆长度滑块的运动方程为D0234,91340E265;17295;17234AFB9134求导得GDGH0625172/ABGGH61/GGH因I0GDGH0GGH故I061/625172/AB所以0I61/625172/ABAB式中CC曲柄角速度ICC滑块速度假设操作者扣动滑块作匀加速直线运动滑块移动的距离为J时间为H加速度为K则滑块移动到JL处的速度为I08JH代入式AB得08JH61/625172/ABABMNO扣动力的计算根据图计算和得0P1/A9,B0PE1/65;17295;17234AB912F34AB034,9Q/,0E65;17295;17234AB9Q12F/A;B式中CC曲柄点的作用力PCC棘轮半径QCC摩擦因数MNR设计变量图手动操作机构结构示意图STUV4/WTXYZ4/WTXY\4WZ/XZ4_\YZ4/\3‘Z/设计变量是影响设计质量或结果的可变参数如果将所有能影响设计质量的参数都列为设计变量将使问题复杂化也没有必要为确保桑叶采摘机的工作性能和设计质量整机设计确定了一些参数对手动操作机构来说这些作为固定量将不再发生变化的参数包括APAJAHAQ等考虑对扣动力和滑块移动到JL处时曲柄角速度的影响选择曲柄长度1和初始角A连杆长度2作为设计变量即B0EDDDF0E12FMNC目标函数与约束条件手动操作机构设计所要追求的性能指标较多为了突出主要设计目标选择下面两个为目标函数DAB操作者的扣动力最小考虑到桑田一般远离电源因此桑叶采摘机主要靠操作者手指的扣动力作为动力来源为降低劳动强度以扣动力最小为目标即/EABB0/AB滑块移动到JL处时曲柄的角速度最大刀片旋转速度越快切断桑叶的效果就越好所需的切断力也越小在操作者扣动滑块的距离和速度一定的情况下以滑块移动到JL处时曲柄的角速度最大为目标即ZFEABB0ZF在通常情况下1L2GL;根据棘轮半径P和整机结构的要求曲柄的长度1应限定在一定范围内即PG1G2由于手指来回扣动的距离有限曲H第期李健等D桑叶采摘机手动操作机构的优化设计万方数据柄旋转的角度应在因此约束条件为’,多目标函数最优化方法的选择及其模型的求解由上述建立的优化数学模型可知/这是一个多目标函数的最优化问题在多目标函数的最优化问题中/各个目标0123/04123/5/06123的优化往往是相互矛盾的/不能期望它们的极小点重叠在一起/即不能同时达到最优解/需要在各个目标函数的最优解之间进行协调/以便取得整体最优方案目前有不少多目标函数的最优化方法/如统一目标法7主要目标法7协调曲线法7设计分析法897基于广义满意度的多目标优化8’等/这些方法各有其特点/经比较首先采用统一目标法中的乘除法将各个目标函数统一到一个总的;统一目标函数0123中/然后采用A语言编程/直接调用其数学工具箱中优化工具箱求解所谓乘除法就是将多目标函数最优化中的全部6个目标分为目标函数值愈小愈好和目标函数值愈大愈好4类/且前者有B项/后者有16B3项/则统一目标函数可取为0123CDBEC0E123D6ECBF0E123使0123最小可得最优解对0123来说是一个约束最优化问题/其优化算法也不少/如拉格朗日1GHIJHKJ3乘子法7惩罚函数法891LMN内点法7外点法7混合法37遗传算法8O等为方便快捷求出0123模型的最优解/直接使用A中的优化工具箱求解/其过程如下P13利用文本编辑器编写文件QRJSKTJ80/UCQRJ1V3式中0WW目标函数UWW约束条件143在命令窗口中调用优化程序/应用限定条件下的极值函数STJXI求出极值VC8Y/Z/VCSTJXI1\QRJ/V3式中Y7Z7WW估计初值优化结果根据桑叶采摘机整机设计要求/设计的固定参数为P_C4S‘/ACB4X/,COS‘/CCD/ECB4限制在之间按上述使用A优化工具箱求解0123模型的过程/输入估计初值为VC8F/9/GHI41单位为S‘/S‘/IJ3/最后优化结果为VC8KB’O/4LB4/BO/即CKB’OS‘/C4LB4S‘/CBOIJ1约MI43N结束语在对操作机构进行优化设计时/以操作者的扣动力最小和曲柄在滑块移动到_I4处时的角速度最大为目标建立多目标最优化模型/然后选择多目标函数最优化方法及其算法/用A语言编程后求出最优解/最后将优化结果应用在桑叶采摘机的设计中/达到了预期效果参考文献李健/韦灵南/邓敏和O桑叶采摘机的设计O农业机械学报/4’/9O13PLL44PTQRG/SK‘TIUVOWXK‘R‘JTXKHJTQSRIYTZHTJTIKJHKJ{HTX|K}KJTRKSTJXIKJXONIJXSKTJXTQ}TL13/LFK/L13P’’O49刘惟信O机械最优化设计O北京P清华大学出版社/LLKO’黄红钟/姚新胜/周仲荣O基于满意度原理的装载机工作装置的多目标优化设计O机械工程学报/49/9L1O3PLK9O尹健/谢庆生/罗延科等O考虑弹流润滑的齿轮传动多目标优化设计的遗传算法实现O机械工程学报/49/9L1F3PF4FO’K农业机械学报4O年万方数据桑叶采摘机手动操作机构的优化设计作者李健,靳龙,LIJIAN,JINLONG作者单位广西工学院机械工程系刊名农业机械学报英文刊名TRANSACTIONSOFTHECHINESESOCIETYFORAGRICULTURALMACHINERY年,卷期2005,3611被引用次数1次参考文献5条1尹健;谢庆生;罗延科考虑弹流润滑的齿轮传动多目标优化设计的遗传算法实现期刊论文机械工程学报2003062黄红钟;姚新胜;周仲荣基于满意度原理的装载机工作装置的多目标优化设计期刊论文机械工程学报2003053刘惟信机械最优化设计19974FOXRL;WILLMERTKDOPTIMUMDESIGNOFCURVEGENERATINGLINKAGESWITHINEQUALITYCONSTRAINTS5李健;韦灵南;邓敏和桑叶采摘机的设计期刊论文农业机械学报200401本文读者也读过6条1李健庞新维LIJIANPANGXINWEI桑叶采摘机主运动系统公差的设计期刊论文农机化研究200732李健韦灵南邓敏和桑叶采摘机的设计期刊论文农业机械学报2004,3513张日红施俊侠张瑞华菠萝自动采摘机的结构设计期刊论文安徽农业科学2011,39164张治臣周本义ZHANGZHICHENZHOUBENYI采桑机械手的动态自适应逆控制研究期刊论文农机化研究2009,3195木子桑叶制茶可生财期刊论文农产品加工200716周理飞山地茶园推广机械化采茶的实践及成效期刊论文中国茶叶2008,308引证文献1条1李健庞新维桑叶采摘机主运动系统公差的设计期刊论文农机化研究20073本文链接HTTP//DGWANFANGDATACOMCN/PERIODICAL_NYJXXB200511018ASPX

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