分析正铲液压挖掘机工作装置优化设计

《分析正铲液压挖掘机工作装置优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、万方数据39卷2008年7月工程机械正铲液压挖掘机工作装置优化设计重庆大学机械学院杨莹陈进张石强白玉琳摘要：以提高大型正铲液压挖掘机挖掘性能为出发点，运用液压挖掘机挖掘性能的图谱叠加分析法，提出以主要挖掘区域的挖掘图谱叠加性能为评价指标的优化策略。在此基础上，建立大型正铲液压挖掘机工作装置整体优化设计的数学模型，提出大型液压挖掘机正铲工作装置的通用优化设计方法。基于VB编程环境，编制针对正铲液压挖掘机的优化设计软件，采用复合形法求解约束优化问题，实现了正铲液压挖掘机工作装置的整体优化。通过实例对优化前后的挖掘性能和挖

2、掘力统计数据进行对比分析，验证了优化方法的合理性和优化软件的实用性。竹竹1r竹竹1旷竹’咿1卞—才广1卞—扣r1哼。关键词：正铲液压挖掘机图谱叠加法复合形法整体优化优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法及程序两方面内容。目前针对液压挖掘机的优化，一般多局限于对挖掘力与挖掘阻力的匹配关系进行优化，或者是进行局部机构的优化，缺乏从全局的观点进行整体挖掘性能的优化。本文的重点是将工作装置作为一个系统进行整体优化，通过图谱叠加分析法⋯(简称图谱叠加法)对挖掘机性能的分析进行优化设计。图谱叠加表示的是一种透

3、视的叠加，即先将所有的挖掘图谱在空间上重叠在一起，然后再将所有挖掘图谱上的信息投影到一张图谱上形成叠加图谱，通过一张叠加图谱，即可全面地对挖掘机的挖掘

4、生能进行评价和分析。按照图谱叠加分析模型得出的优化设计数学模型是围绕整个作业过程，即推压、正常挖掘、转斗和提升过程的挖掘力而建立的，目的是在满足整机作业参数的前提下，获得最佳的挖掘性能。1正铲工作装置的数学模型正铲挖掘机主要用于采矿及装载作业，工作条件恶劣，必须采用切削厚度小且挖掘行程较长的挖掘方式，在挖掘过程中以斗杆挖掘为主，动臂缸及铲斗缸则主要起调节铲斗位置和切削

5、后角的作用。当斗杆挖掘接近结束时，铲斗缸继续伸出，对工作面进行破碎，并进一步充满铲斗，然后动臂缸举升使铲斗与物料离开工作面。因此正铲挖掘机必须保证挖掘过程中斗杆缸能够产生足够的挖掘力，同时也要考虑铲斗缸的破碎能力和动臂缸的提升能力，·-———40·--——这些都是保证正铲挖掘机工作装置正常工作的必要条件。1．1目标函数的确定正铲挖掘机主要用于矿山采掘和爆破后的岩石采掘工作，根据其挖掘特点将主要挖掘区域11J定义为：高度方向从地面以上0。1／2H，(H。为最大挖掘高度)水平方向从回转中心前0．5～0．9R。(尺。为最大

6、挖掘半径)在此基础上，对叠加图谱进行主要挖掘区域划分，统计落入主要挖掘区域内各种点的比例情况，作为优化目标。目的是在满足整机作业参数的情况下，获得最佳的力学性能。即在挖掘作业过程中，使其主要作用液压缸的主动作用力、挖掘力得以充分发挥。目标函数为：“剐材lAl以2A2般3A3描4A4式中：x。——主要挖掘区域内，纵向斗杆挖掘工况，斗杆缸主动作用力充分发挥的点占整体挖掘区域中点的比例；x厂一主要挖掘区域内，纵向斗杆挖掘工况，挖掘力大于平均挖掘阻力所占的点占整体挖掘区域中的比例(取机重一半的0．75倍为平均挖掘阻力)；x广

7、主要挖掘区域内，纵向铲斗挖掘工况，铲斗缸主动作用力充分发挥的点占整体挖掘区域中点的比例：x。——主要挖掘区域内，纵向铲斗挖掘工况，万方数据第39卷2008年7月工程机械挖掘力大于平均挖掘阻力所占的点占整体挖掘区域中的比例(取机重一半的0．75倍为平均挖掘阻力)；A、A，、A，、A。——加权系数，可根据实际情况进行修改。1．2设计变量的确定因本文主要针对挖掘机工作装置进行优化设计(铰点布置)，故将挖掘机主机的各参数作为输入参数(如图1所示)：图中A点为动臂与主机的铰点，F点为动臂液压缸与主机的铰点，G。点为主机重心。将

8、液压系统压力情况(最大工作压力和闭锁压力)、各液压缸缸径大小和挖掘机吨位等参数都作为输入参数处理。其中，根据经验对工作装置各个极限角度情况作如下设定：0l血=一50，01。=7500硒=510，k135。式中：0。为动臂的水平倾角，晚为动臂与斗杆的夹角。设计变量的确定原则是兼顾设计质量和经济性，对各参数进行筛选，将其中最必要的部分作为设计变量，从而确定该机构的设计变量，见图2。l厶占，￡船，L乙c，LL^D，LLBe，￡L册，L口，L口，lX[il=tnc．Ho．HH．LIGJ．L∞．XF．一YF＼=【J{菇1，茹2

9、，菇3，j-，名5，戈6，X7，石8，菇9，戈10，菇ll，茗12，菇13，茗14，茗15)式中：厶趴L广动臂、斗杆的长度；儿胁￡厶厂一斗杆缸铰点c和动臂缸铰点D到A点的水平距离；LLse、LL旷甘斗缸铰点E和斗杆缸铰点日到B点的水平距离；图1主机参数输入如、L6厂—铲斗缸铰点，和斗齿尖．，到G点的距离；日c、％、日厂—墩点C、D、日到AB、B