轻型自卸车举升机构的优化设计.pdf

1 8 2 0 0 3 5 专用汽车s p e c i a lP u r p o s cv e h i c l e 轻型自卸车举升机构的优化设计 尹雄武 湖南省三湘客车集团有限公司特种车套司湖南长沙4 1 0 0 0 4 摘要 介绍了一种借助任意三角形的计算套式采求证验算举升机构的设计 运用参数化设计分析自卸 汽车的马勒里举升机构的干涉受力情况 为自卸汽车举升机构的设计计算提供了快速准确的方法 关键词 自卸汽车举升机构优化设计 中图分类号 U q 6 3 9 20 2文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 0 2 2 6 f 2 0 0 3 0 5 0 0 1 8 一0 2 举升机构是自卸汽车上的重要工作系统之一 其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能 而对于 举升机构的设计 国内设计单位通常采用传统的 类比作图试凑法 这种方法工作量大 效率低 而 且设计出的举升机构往往存在许多不合理的因素 影响自卸汽车举升性能 对自卸汽车产品的系列化 不利 因此 要想获得具有良好工作性能 就必须从 根本上改进设计手段和方法 该轻型自卸车的举升机构采用的是直推式的 要考虑到以下因素 伸缩油缸的总节数和举升机构 的油缸直径 在直推式举升机构的优化设计中 至 关重要的一点就是如何建立合理的数学模型 当设 计变量和目标函数确定后 约束条件的完善与否直 接影响数学模型的合理性与可行性 1 自卸车举升机构设计 1 1 结构约束 图1 为油缸后推杠杆平衡式举升机构示意图 举升机构各铰点的位置 构件尺寸等应满足自卸汽 车的有关参数要求 并且不与底盘上各部件发生干 涉 本身各构件之间也无运动干涉 图1 直推式举升机构工作示意圈 1 2 机构传动性约束 图2 所示为机构举升初始和终了位置 首先 为保证机构进行有效的动力传递 举升过 程的传动角应不小于许用传动角 由于举升质量阻 力矩随着举升角度的增加而逐渐减小 因此可不要 求传动角在整个举升过程中都不小于同一许用角 仅需对举升初始位置时的传动角么B A c 和Z B c A 或与它们相对应的补角 加以限制即可 弋 三营 尸 刁鼍邈缓燃 C 图2 举升机构的起始及终了位置简图 其次 举升过程中应保证Z A B c o 该角度 在举升终了时达到最小值 故只需对其终值进行约 束 该角度约束的具体值可通过逐步试算进行确 定 1 3 油压特性约束 工程实际中要求油压特性符合以下条件 收稿日期 2 0 0 3 一0 9 0 4 作者简介 尹雄武 男 1 9 7 0 年生 工程师 从事产品设计与开发 万方数据 尹雄武 轻型酋卸车举升机构的优化设计 19 a 最大油压值不在初始时出现 而在举升角为 j B 时达到 b 举升过程中的最大油压值P 不高于初始 油压值P o 的8 最大油压值在允许值范围内尽可能小 d 油压波动 用波动系数 表示 较小 1 4 计算约束 在优化计算程序中还需采取相应的措施 使迭 代过程中如出现上述情况时 能自动改变搜索方向 重新迭代 避免不必要的停机 P P P 脚 一P P 0 0 8 n P o 矿 P 5 乩 1 5 数学模型 根据对各项约束的分析并结合本文的假定可 知 该优化问题的数学模型为 z 点o s t g z 0 i l 2 3 5 5 2 举升机构的优化 2 1 直推式举升机构 随着车厢的举升角目不断增大 见图1 举升 质量的质心位置c 到后支撑铰接点O 的水平距离 z 不断减小 故通常以每节伸缩油缸将要伸出时的 工况进行受力分析 将其计算结果作为举升机构的 设计依据 2 2 优化设计变量 对举升机构的优化设计应考虑到举升机构性能 的主要评价参数 它包括以下几点 举升力系数 K z 机构高度 最大举升角氏 油缸最大行程起始 油压 油压特性曲线六个性能参数 为使优化问题 得以简化 并考虑系列化生产 我们将设计参数分为 不变设计参数和可变设计参数 可将举升杆尺寸 油缸的缸径 行程与安装尺寸 整个举升机构所占据 的空间尺寸等作为不变设计变量图 车箱长度可视 为可变设计参数 并且 由此影响到的汽车后悬长 度 也可将其视为可变设计参数 如图3 所示 则可 变设计参数有A c z B c 一工z 么A B C z 么B C A 一日 2 3 优化设计的目标函数 如图3 所示 由任意三角形余弦公式和正弦公 式列出函数方程式 卫l2 z 22 1 4 5 2 2 2 1 2 2c o s 臼 1 z l2 工22 6 4 5 2 2 工l 工2c o s 日 A 4 2 4 5 s i n z 3 一z 1s i n 口 3 1 4 5 s i n 口 z 一z s i n 曰 4 2 4 优化计算 圈3 举升机构简化示意圄 在目标函数出来后 我们就要运用M A T I A B 中的优化函数f s o l v e 对其进行优化求值 经过计算 并优化最终得出的结果工一v 石F 酉矿一6 3 9 5 m m 在运算过程中z 的选取直接影响了优化的结 果 在选取z 一 6 0 0 7 0 0 o o z o 一 6 5 0 7 0 0 o o o 工 一 6 5 0 7 3 5 o o z o 6 5 0 7 3 5 o o 3 z 一 6 5 0 7 3 5 o j o 1 z 一 6 5 0 7 3 5 o o 2 等几组 数据运算后 以z 一 6 5 0 7 3 5 o o 2 所得结果的 精度最高 因此 我们选取当z 一 6 5 0 7 3 5 o 0 2 时 2 6 5 4 1 7 7 9 7 3 5 16 0 5 o 1 7 3 7 o 8 9 4 1 进行计算各点的位置 最后在总布置图上标出具体 的位置 见图1 参考文献 1 徐达 蒋崇贤 专用汽车结构与设计北京 北京理工大 学出版社 1 9 9 8 2 刘惟信机械最优化设计 北京 清华大学出版社 1 9 9 4 3 张洪欣汽车设计北京 机械工业出版社 L 9 8 9 4 导向科技M A T L A B 6 0 程序设计与应用 北京 中国铁 道出版社 2 0 0 L r 一 一一 一 一一一1 公路与汽运 杂志 i 征订 征稿及f U 登广告启事 i 公路与汽运 杂志由长沙变通学院主办 中华 民北和目交通 部中管 国际标准刊号I s s Nl6 7 1 2 6 6 8 国内匀E 刊号c N4 3 113 6 z u 发行代号 国内4 29 5 国外D K4 3 0 0 2 设刊报道国内外 公路与汽车领域的屉新研究成果I 刊登交通I 程的新工艺 新技术 新材料 新设备 荟萃汽车运用与维饪技木I 传播汽车驾驶安全知 i 识 介绍交通行业的昔理与改革经验 现设有汽车技术 汽车使坩 与难怪 汽车检测 智能运输 驾驶与安全 公路工程 桥粱I 程 碰 道工程 筑路机械 管理与改革等栏目 谚刊为疆月刊 逢双月2 8 日出版 每期定价8 元 垒年4 8 c 热烈歧血订阅 投稿及刊噩r 告 来稿请岢 长沙交通学院8 号信箱 公路与汽运 杂志杜 邮粕 4 l 0 0 7 6 订阅款请汇至奉社或韫行至 t 开户行 建行长沙市东塘分理处 i 银行帐号 2 7 4 1 0 6 1 0 1 69 0 0 0 16 3 9 6 l 户名 公路与汽运 杂志社 l 电话 f 0 7 3 1 5 2 19 4 5 1 o 公路与汽运 编辑部 一 一 一一一 一 一一 一 万方数据 轻型自卸车举升机构的优化设计轻型自卸车举升机构的优化设计 作者 尹雄武 作者单位 湖南省三湘客车集团有限公司特种车公司 湖南长沙 410004 刊名 专用汽车 英文刊名 SPECIAL PURPOSE VEHICLE 年 卷 期 2003 5 被引用次数 6次 参考文献 4条 参考文献 4条 1 徐达 蒋崇贤 专用汽车结构与设计 1998 2 刘惟信 机械最优化设计 1994 3 张洪欣 汽车设计 1989 4 导向科技 MATLAB6 0程序设计与应用 2001 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 崔林林 徐锐良 CUI Lin Lin XU Rui Liang 基于遗传算法的自卸汽车T式举升机构优化设计 河南科 技大学学报 自然科学版 2006 27 6 提出了自卸汽车举升机构设计对举升机构的特性要求 以举升初始时刻机构各铰点坐标为设计变量 以初始举升力系数为优化目标 考虑机构的传动性 油压特性等方面的约束 采用遗传算法对自卸汽车举升机构进行了合理的优化 最后利用MATLAB遗传算法工具箱编制了优化设计程序 通过实例表明遗 传算法在自卸汽车举升机构参数优化问题上是一种行之有效的方法 达到了提高举升机构的动力 经济性能 避免设计阶段的盲目性 缩短了产品开发研 制时间 2 学位论文 任焕梅 自卸汽车举升机构CAD平台开发 自卸汽车的举升机构的设计质量是影响自卸汽车使用性能的关键因素 由于举升机构的设计过程中 改变任何一个设计参数 都将牵一发而动全身 即使参数稍有变动 其产品性能将会有很大的变化 而国内企业由于研发实力 实验条件的不足 只能根据经验对某些设计参数进行取舍 然后选取 某几种结构进行试验并得到最终产品 导致往往不能得到最佳的产品性能 因此 一套成功的自卸汽车举升机构的CAD设计平台 将提高国内企业对自卸 汽车的自主开发能力 本文针对油缸前推连杆式举升机构的CAD平台的构建做了详细说明 具体内容包括 研究了该举升机构的设计规范 说明了用作图法进行设计的具体 步骤 并使用优化设计方法中的复合形法进行举升机构的优化设计 编制了友好的设计界面以方便设计者 深入研究了基于Visual C 利用UG Open API对UG二次开发的方法 并利用该方法完成了举升机构零部件 三角板和拉杆 的参数化设计 该CAD平台系统独立运行于操作系统下 界面友好 软件内集中了整个设计过程中所需要的各种设计规范和设计公式 可以快速的完成从机构总体参 数设计到零部件设计的设计过程 并对设计结果进行性能评价 方便设计者进行设计修正 该系统的使用不需要UG和编程语言的的专门操作知识 适用 人员广泛 大大提高了举升机构的设计效率 3 期刊论文 刘敏杰 刘聚德 轻型自卸汽车举升机构的方案设计 工程机械2000 9 9 本文对轻型自卸汽车举升机构的方案设计进行了阐述 通过对举升机构的结构型式的比较 选出了适合于轻型自卸汽车的举升机构 液压缸后推杠杆平 衡式举升机构 根据自卸汽车整体布置的要求 考虑结构 性能等限制 对该机构进行了初始设计和优化设计 4 期刊论文 林峰 低速载货自卸汽车液压举升机构的设计 中国高新技术企业2009 16 随着基础设施投资的不断增长 自卸汽车的需求量越来越大 GN180型长头低速载货自卸汽车就是在这种市场背景下设计开发的 文章提出了对液压举 升机构的结构件和液压件进行选择的设计原则和方法 介绍了以GN180型长头低速自卸载货汽车为例的双缸直推式液压举升机构的设计原理 参数选取 设计计算过程 5 学位论文 刘敏杰 轻型自卸汽车举升机构的设计研究 1998 该文对轻型自卸汽车举升机构的设计进行了较为系统的研究 首先 通过对各类举升机构的特点进行分析比较 指出油缸后推杠杆平衡式举升机构适合 于轻型自卸汽车 在满足自卸汽车总布置要求的基础上 初步确定了举升机构方案 并对机构初选方案进行了运动学与力学分析 其次 针对油缸后推杠杆平 衡式举升机构 以举升初始各铰点坐标为设计变量 以初始举升力系数为目标函数 考虑机构传动性 油压特性等约束条件 建立了该举升机构优化设计的 数学模型 在优化计算过程中 改进了复合形法 增强了程序的实用性与可靠性 对举升机构进行了优化设计 得出合理的优化方案 根据优化设计方案 在 CA1092底盘上进行了自卸汽车举升机构的结构设计 完成了全套设计图纸 经青岛专用汽车制造厂研究所审核 认为是切实可行的 6 期刊论文 莫庆煌 MO Qing huang 自卸汽车举升机构的快速设计计算 装备制造技术2006 4 介绍了T式举升机构的快速设计方法 建立举升机构的数学模型 采用作图法对各铰点进行设计计算 并计算自卸汽车各必要参数 7 期刊论文 杨蹈宇 YANG Dao yu 自卸汽车加伍德式举升机构优化设计数学模型 企业技术开发2005 24 7 文章建立了自卸汽车加伍德式举升机构优化设计数学模型 给出了其优化设计目标函数min K0 min XG0 DAEC0 DOEC0 DAEB0 和其评价指标 Pmax P 1 并介绍了约束条件的给出方法以及本优化设计数学模型的应用注意事项 为企业的自卸汽车设计提供了一套良好的设计方法 8 学位论文 林玉德 自卸汽车举升机构的结构设计研究 1999 该文是青岛市科委攻关项目 9695G090102 自卸汽车举升机构的等强度设计研究 的一部分 对自卸汽车举升机构的结构设计等问题的进行了较为系 统的研究 通过对现有自卸汽车举升机构的设计水平进行调研的基础上 发现目前举升机构的结构设计中所采用设计方法非常落后 其主要方法是经验类比 法 这种方法严重地制约了自卸汽车的系列化发展 为此 在举升机构的结构设计中 作者提出了等强度设计方法 阐述了等强度设计的基本思想和设计步骤 并通过试验验证了这一方法 为了使设计人员能够比较容易地掌握和使用等强度设计方法 作者还建立了一套具有良好用户界面的自卸汽车举升支架结构 设计研究的计算机辅助设计系统 并利用该软件对QDZ3240D 01型自卸汽车的举升支架者了等强度设计计算 利用实测结果证实了该设计软件 9 期刊论文 崔新涛 毕凤荣 自卸汽车举升机构动力学仿真分析 机械设计与制造2004 1 运用机械多体动力学分析软件ADAMS 建立了自卸汽车举升机构的动力学仿真模型 并对此机构进行了动力学仿真分析 分析所得结果对强度设计提供 了依据 本文所用的分析方法 有很强的实践应用性 对于设计工作有一定的指导意义 10 学位论文 崔林林 自卸汽车举升机构参数化设计系统 2006 本文就自卸汽车上常用的几种举升机构及其应用特点作了简介 提出了自卸汽车对举升机构的要求 对应用比较广泛的T式举升机构的结构作了比较 详细