自卸车举升机构的优化设计.pdf

2 0 1 0 3 H E A V Y T R U C K 重型汽车 1 5 文 王臣涛 合肥工业大学 引 言 自卸运输车的举升机构对其生产效率及性能有很大的 影响 因此 合理选择举升机构的结构参数 将极大提高 自卸车的工作能力 作为组合式举升机构的一种 前推连 杆放大式 也称 T 式或马勒里式 举升机构具有横向刚度 好 举升转动圆滑平顺 举升力系数小等优点 特别适用 于大吨位自卸汽车 被公认为是一种较好的举升机构 本 文以最大举升力系数和油压波动系数为优化目标函数 对 某新开发自卸车 T 式举升机构进行了优化分析 获得了 较好的举升力系数曲线及油压特性曲线 对该车型的开发 设计起了一定的指导作用 1 动力学模型的建立及仿真 1 1 模型建立 模型中一些结构简单的构件直接在ADAMS中建立 对 于结构复杂的构件通过UG建立 然后再导入到ADAMS 中 活塞缸与活塞之间通过移动副连接并加一驱动函数来 模拟液压油对活塞的推力作用 建立的动力学模型的约束 拓扑结构如图1 1 2 仿真分析 在仿真过程中 最大举升角度为50 货物为整体结 构 且不考虑货物的安息角 仿真结束后得到该车型以及 自卸车举升机构的 优化设计 标杆样车的举升力系数 油缸压力随货箱翻转角的变化曲 线如图2 图3 重型汽车 H E A V Y T R U C K 2 0 1 0 3 1 6 图 3 油缸油压随货箱翻转角的变化曲线 工程实际中要求油压特性符合以下条件 1 最大油压值不在初始时出现 而在举升角为5 max时达到 2 举升过程中的最大油压值Pmax不高于初始油压值P0 的8 3 最大油压值在允许值范围内尽可能小 4 油压波动较小 从仿真结果可以看出 1 该车型举升机构油压最大值出现在翻转角5 8 符合理想的油压特性基本要求 2 标杆样车在整个的自卸过程中所需的举升力较小 举升性能相对于该车型较好 但是其举升力最大值出现在 初始位置 不符合理想的油压特性曲线 3 该车型举升机构在整个的自卸过程中所需的举升力 偏大 油缸油压的变化也较大 对油缸使用不利 需要对 举升机构进行进一步的优化 2 模型参数化 2 1 目标函数的建立 一般来说在自卸机构设计中 需要同时考虑所需油缸 推力的大小和油缸压力的波动 理论上来说 如果只是单 纯的以一个性能参数为目标函数 无法得到既满足油缸推 力最小又使得油缸压力波动最小的优化结果 为此 我们 提出了一种通过加权系数综合考虑举升力系数以及油缸压 力波动系数的优化方案 1 以式 1 为目标函数 通过改变举升机构中各个关 键铰点坐标 得出几组优化结果 minF x wf KF wp KP 1 式中 wf wp 1 0 wf 1 0 wp 1 本文中取wf 0 7 wp 0 3 wf 举升力系数加权系数 wp 油压波动系数加权系数 KF 举升力系数 油缸实际作用力 举升重量 KP 油压波动系数 最大油压 平均油压 平 均油压 2 考虑整车总布置的限制进行筛选 最终确定一组优 化结果 2 2 设计变量及约束条件 本文选取A B C D E O 6个点的x z坐标 即各 安装点在整车上的前后和上下位置 对模型进行参数化 见 图4 并且根据整车总布置的要求 确定各个设计变量的 变化范围 具体如表1 图 4 关键点位置示意图 另外 由于整车总布置以及设计要求的限制 还需如 下约束 1 举升角 max 50 0度 2 铰点C在举升过程中距货箱地板的距离dmin 70 0mm 3 机构空间尺寸 举升机构长度Lmax 1530 0mm 高度Hmax 340 0mm 货厢后铰支点 至其后挡板内壁最小距离 Lomin 变量 DV 1 DV 2 DV 3 DV 4 DV 5 DV 6 DV 7 DV 8 DV 9 DV 10 DV 11 DV 12 设计点位置 XA ZA XB ZB XC ZC XD ZD XE ZE XO ZO 初始值 mm 2495 5 170 3403 8 108 3 3307 4 115 7 1900 145 2130 5 0 0 0 变化范围 mm 2400 0 2600 0 160 0 210 0 3300 0 3500 0 150 0 50 0 3200 0 3400 0 50 0 150 0 1800 0 2000 0 120 0 170 0 2000 0 2250 0 70 0 40 0 50 0 50 0 50 0 50 0 表 1 设计变量取值范围 Q i c h e s h e j i 2 0 1 0 3 H E A V Y T R U C K 重型汽车 1 7 350 0mm 3 优化分析 首先对设计变量进行设计研究 研究各个设计变量对 目标函数的敏感度 结果如图5 从图中我们可以明显看 出 DV 4 DV 6 DV 8 DV 10即铰点B C D E的z坐标对目标函数的敏感度较大 因此 选取这四个设 计变量对目标函数进行优化分析 优化前后设计变量对应 点的坐标值如表2 主要性能参数的对比如表3 优化后举 升机构的举升力系数曲线以及油压特性曲线分别如图6 图7 表 2 优化前后设计变量取值 m m 表 3 优化前后主要性能参数对比表 图 5 设计变量对目标函数的敏感度 由优化结果可以看出 1 优化后 举升力系数与油缸油压特性曲线整个的 向下偏移了一段 所需油缸推力最大值 举升力系数最大 值以及油缸压力最大值都减小了9 6 举升性能得到大 优化前 优化后 DV 4 108 3 150 DV 6 115 7 96 0 DV 8 145 155 DV 10 5 0 7 0 大改善 2 优化后 初始位置举升力系数为1 759 比优化 前降低了12 8 油压波动系数为0 236 比优化前降低 了13 2 显然 优化后的举升机构所需油压在初始位置 较低 随着翻转角的增大逐步增加 在翻转角约为7度的时 候达到最大 油压最大值高于初始值3 9 8 并且在整 个自卸过程中 油压特性曲线变化平缓 油压波动系数较 小 符合油压特性曲线的要求 3 优化后 初始位置举升力系数 最大举升力系数以 及油压波动系数都优于标杆样车 即使是举升过程的后半 段也已达到标杆样车的水平 从以上的结果综合看来 该优化方案满足设计要求 且比原方案和样车方案举升性能都得到很大的提高 参考文献略 所需油缸推力最大值 N 油缸压力最大值 Mp a 举升力系数最大值 初始位置举升力系数 油压波动系数 优化前 3 53 105 16 300 2 021 2 017 0 272 优化后 3 19 105 14