液压挖掘机铲斗机构的优化设计

中国与朝鲜半岛

第1期113　设计变量

车仁炜等:液压挖掘机铲斗机构的优化设计 127

典型的液压挖掘机铲斗机构是由一个摆臂油缸　　

机构和一个铰链四连杆机构串联而成,属于平面六连杆机构。如图1所示,Lmax、Lmin分别是铲斗液压缸的、

最大及最短长度,θ是摆臂油缸机构的输出角,<′是铰链四杆机构的输入角,两者之和保持为常数,用串联角ψ表示,即ψ=θ+<′。若以摇杆长度l13为长度单位,则无量纲几何参数可写成如下形式:

σ15=

l15l21l24

σ21=;　σ24;;　l13l13l13l13

Lmin

l13

σlLLσ29;λ=;　ρ液压缸的伸缩比λ和铲斗的摆幅Φ为已知量,X={x1,x2,x3,x4,

x5},其中:x1=σ21,x2=σ24,x3=σ29,x4=φmin,x5=ψ。

T

114　目标函数

M(φ)与已知的负荷曲线Mz(φ)尽量的

相接近,。:

n+1

F(X)k2

∑[M(φk)-MZ(φk)]

n+1

→MIN

式中,(n+1)是在机构自变量φ的变化范围内均匀取出的状态。其中负荷函数MZ:

以φ为自变量,分四段来书写负荷函数为:

φ0

+Φm-Δφ第一段:φ=φ0～

Φmcos

MZ(φ)=R1-φ-φ)cos(Φm+φ0-Δ

φ～φ0+Φm第二段:φ=φ0+Φm-Δ

Φm)]MZ(φ)=l3{C[R(1-cos

φΦm-Δφ第三段:φ=φ0+Φm～0+2

Φcos

MZ(φ)=R1-cos(Φm+φ0-φ)

Φm-Δφ～φ0+2Φm第四段:φ=φ0+2

Φmcos

MZ(φ)=R1-cos(Φm+φ0-φ)

115　约束条件

(1)机构的运动要求　　

11351135

1135

1135

B A Z X+(N M)

B A Z X+D}(

N M)

B A Z X+(N

M)

B A Z X+(N M)

铲斗机构中的铰接四连杆机构必须是双摇杆机

构,如图2,工作中铲斗必须永远与摇杆同方向摆动,故当L=Lmin,摇杆在初始位置时,φ=φmin,K点不得在H—Q连线上或其下方,否则铲斗可能与摇杆的摆动方向相反,为此对有关各杆长度提出下列约束,

g1(X)=[x1+(x2+x3)

2

2

-2x1(x2+x3)cosx4

]2-1>0

为防止摇杆摆动后期铲斗发生逆转,有下列约束方程,

g2(X)=(x3+110)-(x1+x2)>0

为保证铲斗能摆动较大的角度,还要求,