液压挖掘机铲斗机构的优化设计

中国与朝鲜半岛

第22卷　第1期

2005年2月　　

黑龙江大学自然科学学报

JOURNALOFNATURALSCIENCEOFHEILONGJIANGUNIVERSITY

Vol122No11February,2005

液压挖掘机铲斗机构的优化设计

车仁炜,　吕广明,　陆念力

(哈尔滨工业大学机电学院,黑龙江哈尔滨150001)

摘　要:提出一种基于复合形法的液压挖掘机铲斗机构的优化设计方法,给出优化模型。通

过实例证明了与传统设计方法相比较,这种优化设计方法可在满足约束条件的情况下使挖掘力最大,挖掘轻松顺利,提高工作效率和设计效率。

关键词:优化设计;复合形法;铲斗机构中图分类号:TH12文献标识码:A--0126-04

,随着现代计算技术的发展和应用,在机械设计领域,已

,从众多的设计方案中寻找出最佳的设计方案,从而大大提高设计效率和质量。

在进行机械设计时,人们都希望得到一个最优方案,这个方案既能满足强度、刚度、稳定性及工艺性能等方面的要求,又使机械质量最轻、成本最低和传动性能最好。然而,由于传统的常规设计方案是凭借设计人员的经验直观判断,靠人工进行有限次计算做出的,往往很难得到最优结果。应用最优化设计方法,使优化设计成为可能。

中小型挖掘机通常以铲斗液压缸挖掘作为主要挖掘方式,希望在实际挖掘中,挖掘力足够,挖掘时能轻松顺利。但铲斗机构的设计和工作又都受到一些约束的限制,选择一个最佳的设计方案,显然会大大提高挖掘质量和工作效率,本文采用复合函数法对铲斗机构进行优化设计。

1　优化模型

液压挖掘机铲斗机构的优化设计,属于多约束优化问题,本文采用复合形法对其进行优化。111　复合形法

复合形法是求解约束优化问题的一种重要的直接解法。它的基本思路是在可行域内构造一个具有k个顶点的初始复合形。对该复合形各顶点的目标函数值进行比较,找到目标函数值最大的顶点(称最坏点),然后按一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点,并以此点代替最坏点,构成新的复合形,复合形的形状每改变一次,就向最优点移动一步,直至逼近最优点。

由于复合形的形状不必保持规则的图形,对目标函数及约束函数的性状又无特殊要求,因此该方法在机械优化设计中得到广泛的应用。112　设计要求

1.液压缸的伸缩比在1145～1165范围内,铲斗摆动角在150°～180°范围内。

2.铲斗机构在任何状态下都必须几何相容,无死点,无运动干涉,任何构件在工作中都不得相碰。

3.要求铲斗液压缸对铲斗的推动力矩足够大,并且其变化规律要适应阻力矩的变化规律,保证在主要挖掘区域内,特别是停机面以下的主要区域内挖掘力足够。通常用转斗挖掘的复合曲线来综合反映阻力矩的大小和它随铲斗转角的变化情况,依此可以提出对铲斗机构理论输出力矩的综合要求:铲斗机构的理论输出力矩曲线应位于负荷曲线上方,并尽量与负荷曲线接近。如此一方面能保证挖掘力足够,另一方面也能保证发动机和液压系统尽可能的接近满负荷工作,以充分利用发动机功率,并获得较好的经济性

液压挖掘机铲斗机构的优化设计