关于调整起重机虚拟样机振幅技术性能的模拟和优化

关于调整起重机虚拟样机振幅技术性能的模拟和优化摘要在起重机的设计中，设计者们通常不得不去研究起重机振幅调整的轨迹。传统的途径如例证和数据分析都显示了其局限性。在这篇论文中，将会通过虚拟样机技术来呈现模拟和优化振幅调整的过程。通过比较原始的解决方案和最佳的方案，我们将证明这项技术的高效性。在机械系统动力学自动分析（ADAMS）的平台上，交互式的优化可以以一个可视的，直观的，可信的方式进行演示，而这值得被引入起重机的设计中。关键词虚拟样机机械系统动力学自动分析（ADAMS）振幅调整一、简介由于整个工业的激烈竞争和为了适应快速变化的市场，很多公司致力于减少产品生产的时间和成本。然而，集机械工程，电子工程和计算机科学于一体的现代化的机械制品，成了一个非常复杂的体系。而这个复杂性一贯地是由越来越多需要被整合到一起的部件产生的。这些元素之间复杂的关系，尤其是有关信息处理的部分，很容易也很可能超越工程师的想象。此外，单个零部件在一个高度整合的程序里也包含了很多的功能。物理原型的复杂减缓了发展的进程，同时，物理模型的设计和构建消耗了太多的时间和金钱。幸运的是，快速发展的计算机能力为大量的计算创造了条件，在产品开发上，也能用计算机来帮助实现虚拟样机以取代物理模型。我们已经意识到虚拟样机技术被提出用于CMM的发展。这个系统完成的模型是通过使用ADAMS在一个仿真软件上控制整合机械系统的动态特征及液压回路模型建成的。通过这项模拟，所有的动态活动都可以被研究。在另一项研究中，一个用于机电一体固液元素的合作式虚拟样机系统将被演示，这个系统利用了固液元素的概念和虚拟现实技术来促进重组和分析虚拟机电样机在多学科组合中的运用。在相应的文本中可以看到更多的例子。在本篇论文中，虚拟样机被用于记录起重机的设计中调整振幅得到的模拟和优化的轨线。二、任务描述起重机是一种重要的港口货物装卸设备，因为它具有工艺简单，维护方便，成本低，适应性好的优点而备受重视。在起重机中，吊钩中心到回转中心的距离称为工作振幅。（见图1）起重机上用来调整振幅的设备叫做变幅装置。变幅装置的作用就是扩大起重机的工作范围。在变幅装置和回转装置的合作下，起重机可以在一个圆形的区域内作业。现代起重机通过摆臂绕着轴心或者垂直面上的结合点摇摆实现振幅的调整。在现代货物装卸中，船货的振幅调整总是被要求的。为了减少推进力和增加操作性能，所以在设计中学习振幅调整是必要的。之前，例证和数据分析被用来解决这个问题。然而，分析学并不是一种直观的途径；例证也需要经过多次的尝试，同时不能保证其准确性。在这篇论文中，虚拟样机技术将用于记录这个问题而且效果也是令人满意的。图1变幅装置三、振幅调整的模拟正如我们所知道的，许多工具被运用于虚拟样机中。这次的模拟是在ADAMS上进行的，所以设计者们能够构建一个带有变幅装置的虚拟样机模型，同时模拟全幁活动。你也可以利用ADAMS快速分析多种设计方案直到找到最佳的一种。使用ADAMS创建一个虚拟样机模型的步骤与你用来构建一个物理模型的步骤一致。本论文中实施的步骤如图2所示图2精化技术概述启动ADAMS后，根据设计要求配置作业环境，带有变幅装置的虚拟样机可以以图3作为参照。图3带有变幅装置的虚拟样机零件的比例大小可以间接通过设计点来决定（见表1）在ADAMS研究振幅调整轨线的过程中，振幅调整体系可以被提取并呈现三个刚性构件分别为臂，控制杆，上梁。臂和控制杆都被固定的转动关节局限在地面上，而在臂梁和杠梁上安置有2个可动的转动关节。一个力被应用于力量库模拟振幅调整过程中的驱动力，在整个模拟中这个力都保持在水平方向。数值模拟将在模型建立之后实施。用一个角度传感器来测量臂和水平直线直接的角A，通过这种方式控制和监控整个振幅调整过程。当角A从45增加到775时，臂逐渐从最大的振幅转变成最小的振幅。测量上梁较低的末端与臂较低的连接点之间的垂直距离（纵坐标），振幅作为横坐标。随着角A的增大，曲线显示的是振幅调整过程的轨线。在我的研究中，我将模拟时间设为05S，规定图片为200幅宽。使用后处理模块，就能得到高度振幅曲线（图4）。图4高度振幅曲线在图4中，振幅是横坐标，高度是纵坐标。从图4我们可以看到在整个过程中，最大的高度差大约为125米，曲线的形状就像是字母S。四、振幅调整演示的优化在设计参数中，优化用来得到更好的曲线演示图。最佳的目标就是获得在振幅调整过程中产生的微小的高度变化。在设计层面（图5），一个设计点可以通过2个分别作为横纵坐标设计参数来体现。所以，变幅装置的比例大小能够间接地由设计参数表现。从图5我们可以看出，当拉动对话框中的滑块时，臂关节的横纵坐标都发生了变化。每当设计参数被改变后，模拟过程就会得到一条新的振幅调整轨线。这样，不但最佳的模型变得可视化，而且最佳的结果也变得可见。通过观察高度振幅轨迹曲线，振幅调整演示可以被优化，原有的设计参数和最佳的设计参数可参照表1在图6中，X轴代表上梁较低的末端与臂较低的连接点之间的水平距离，Y轴代表相对应的高度或垂直距离。实线代表优化前的高度振幅曲线，虚线代表优化后的高度振幅轨线。可以观察到，通过优化后，高度差减小了并且演示得到了显著的改善。图5设计层面表1原始解决方案和最优的解决方案的比较图6原始解决方案和最优的解决方案的比较五、总结在这篇论文中，虚拟样机在ADAMS的基础上被用于模拟起重机的振幅调整。我们分析了起重机典型的振幅调整体系，认识到这项技术的概要是复杂的。然后，我们建立了一个相应的虚拟样机模型。我们模拟振幅调整的过程并且得