關(guān)于A(yíng)DAMS重型自卸車(chē)舉升機構的仿真優(yōu)化研究論文
引 言
近年來(lái),隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展,市場(chǎng)對重型自卸車(chē)的需求量大大增加,這類(lèi)自卸車(chē)廣泛應用于使用條件比較惡劣的礦山工地,舉升機構是自卸車(chē)的核心機構,設計時(shí)既要考慮運動(dòng)學(xué)問(wèn)題,又要考慮機構的強度問(wèn)題。若舉升機構設計不當,容易發(fā)生結構的早期斷裂現象。自卸車(chē)的舉升機構可分為直推式和連桿組合式兩大類(lèi)。直推式設計簡(jiǎn)單,易于計算,但油缸行程長(cháng),一般采用多級油缸,成本高。連桿組合式油缸行程短,可采用單級油缸,制造工藝簡(jiǎn)單,機構經(jīng)優(yōu)化后可得到較小的油缸力曲線(xiàn),但由于其結構復雜,設計計算比較困難。
傳統的設計方法是采用“作圖法” ,效率低且精度差。近來(lái)出現利用計算機編制優(yōu)化程序進(jìn)行設計的一些方法,計算精度得到了提高,但程序一般只針對一種類(lèi)型的舉升機構,程序通用性差而調試工作量大,如何保證程序的可靠性也是令人頭疼的問(wèn)題。隨著(zhù)CAE技術(shù)的成熟,虛擬樣機技術(shù)得到了廣泛應用,工程技術(shù)人員可以利用CAD軟件建立三維機構模型,在CAE軟件中對其施加鉸鏈及運動(dòng)約束,模擬現實(shí)中的機構運動(dòng)并進(jìn)行仿真優(yōu)化,得到所需的設計數據,精確度高并大大縮短開(kāi)發(fā)周期,降低了成本。
采用世界一流的多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件—— ADAM S的虛擬樣機技術(shù),對某汽車(chē)廠(chǎng)重型自卸車(chē)的浮動(dòng)油缸式舉升機構進(jìn)行仿真優(yōu)化研究,目的是對原有機構進(jìn)行優(yōu)化,在給定舉升質(zhì)量和滿(mǎn)足最大舉升角的前提下,改變機構尺寸,使油缸舉升力最小,降低油缸的制造成本。
1 虛擬樣機的建立
1. 1 建立模型
ADAMS軟件的建模能力不強,虛擬樣機的三維模型可利用Catia、UG等三維CAD軟件建立,再導入ADAMS軟件中。本次設計為了簡(jiǎn)化模型、加快設計進(jìn)度,在A(yíng)DAM S直接建立圖1所示的抽象模型,并不影響計算結果。
長(cháng)方體為裝載貨物的車(chē)箱,總質(zhì)量為40 t,假設在工作過(guò)程中總質(zhì)量不發(fā)生變化; A 為后鉸鏈點(diǎn), BD為拉桿, CE為油缸, DEF為三角板。A～ F 點(diǎn)均為圓柱副連接,油缸CE由兩個(gè)連桿組成,相對運動(dòng)為滑動(dòng)副,施加平移驅動(dòng)。施加運動(dòng)副時(shí),要注意其方向正確性并不得有多余約束,否則不能完成運動(dòng)仿真。
要找到一個(gè)最佳位置,使油缸舉升力最小,并滿(mǎn)足自卸車(chē)其它方面的要求。各點(diǎn)的初始位置可以由原車(chē)型各點(diǎn)的設計位置來(lái)確定, A 點(diǎn)為原點(diǎn)。
1. 2 虛擬樣機的仿真
模型建立后進(jìn)行一次仿真,油缸行程按850 mm,輸出油缸舉升力隨活塞行程的變化曲線(xiàn)(見(jiàn)圖2)。油缸舉升力最大值為( 6. 88× 105 ) N.
1. 3 模型的參數化
進(jìn)行優(yōu)化要定義設計變量,設計變量的值是可以改變的。以B～ F 點(diǎn)的x、y 坐標作為設計變量,當各點(diǎn)的`坐標變化時(shí),桿件和結構尺寸也發(fā)生相應的改變,系統自動(dòng)修改模型,不需要人工干預,提高了優(yōu)化效率。
定義設計變量的值時(shí)要注意它們的取值范圍,這個(gè)取值范圍取決于車(chē)箱底架及副車(chē)架的結構布置,并不與舉升機構產(chǎn)生干涉。將定義好的設計變量代入各點(diǎn)坐標中,即完成了虛擬樣機的參數化過(guò)程。
1. 4 建立約束條件
為了使自卸車(chē)能將貨物卸干凈,舉升角應大于貨物的安息角。該型自卸車(chē)主要用于運載煤炭,煤炭的安息角為27°～ 45°,設計時(shí)最大舉升角取50°,在優(yōu)化過(guò)程中需要滿(mǎn)足這一約束條件。定義約束條件時(shí)首先定義一個(gè)“測量” (取名ME A_ AN GL E )以獲得仿真過(guò)程中的舉升角.
2 優(yōu)化計算
前述工作完成后便可進(jìn)行優(yōu)化分析。在滿(mǎn)足約束條件的前提下,優(yōu)化程序在設計變量的取值范圍內自動(dòng)對其進(jìn)行調整,最終得到使油缸力最小的設計變量值。軟件ADAMS /View 提供了一個(gè)友好的用戶(hù)界面,可以輸出各種力、位移、速度、加速度等曲線(xiàn),便于用戶(hù)直觀(guān)了解在優(yōu)化過(guò)程中約束條件、目標函數等“測量”的變化情況。
本次優(yōu)化涉及十個(gè)設計變量,要在一次計算中同時(shí)對這么多的設計變量進(jìn)行優(yōu)化,往往由于計算過(guò)程中各設計變量的取值產(chǎn)生矛盾,而使計算失敗。因此,對于這種設計變量較多的情況,應先對部分設計變量進(jìn)行優(yōu)化,得到一個(gè)優(yōu)化結果,再對其它設計變量進(jìn)行優(yōu)化。
為了確定第一次優(yōu)化的設計變量,需要對每一個(gè)設計變量進(jìn)行分析,研究其敏感度,即對目標函數的影響程度,選擇最高的變量作為第一次優(yōu)化的設計變量
3 結束語(yǔ)
本次優(yōu)化的結果,確定了關(guān)鍵點(diǎn)的坐標,也就確定了機構的最佳尺寸。ADAMS仿真的另一個(gè)應用是求出支點(diǎn)( A、B、C、F 點(diǎn))的反力,為車(chē)架和車(chē)箱的結構計算提供載荷條件。而舉升機構的進(jìn)一步有限元計算也可以在A(yíng)DAMS中進(jìn)行,這時(shí)要建立機構的實(shí)體模型,通過(guò)CAE軟件(如Nastran、AN SYS等)轉換為中性文件,再導入ADAMS中計算。
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