双轮铣槽机传动系统的优化设计.pdf

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1、一水利建设与管理2012年·第9期双轮铣槽机传动系统的优化设计杨诗鸿张志强(水利部水利建设管理总站北京100038)(武汉大学430072)张忠生(水利部水利建设管理总站北京100038)【摘要】本文以双轮铣槽机传动系统为研究对象，针对其优化目标较多的特点，提出将双轮铣槽机铣轮传动系统的优化设计分为整体优化设计和单级优化设计，并分别构建了优化设计模型，运用Matlab优化工具对其数学模型进行求解。结果表明：优化后的行星传动系统体积明显减少，结构更加紧凑，节省了制造成本，为类似传动系统的优化设计提供了参考。【关键词】双轮铣槽机传动系统优化设计双轮铣槽机是用于

2、大型地下连续墙、防渗墙工程动系统、纠偏系统、排渣系统及卷扬系统等四个部分，的专用施工设备，它在地下连续墙、防渗墙工程的施工各个系统之问相互协调共同完成铣槽的功能。双轮铣中有着无可比拟的优势，因此实现此类设备的国产化槽机行星传动系统方法如下图所示。本方案第一级采具有重要意义。由多级齿轮传动构成的铣轮传动系统用锥齿轮传动，第二、第三级采用NGW型行星传动，传是双轮铣槽机的核心部件之一，具有承载能力要求高、递的扭矩大，效率高。输出转矩大、布置空间小的特点，在满足铣轮输出转矩要求的前提下，通过对铣轮传动系统进行优化设计，减小齿轮传动部件体积，为铣轮内部其他传动部件

3、以及减振器的安装布置留出了充足的空间。目前齿轮传动系统优化设计研究主要分为两方面：④齿轮传动系统的传动比分配；⑤各传动级的齿轮模数和齿数等参数的优选。而对具有空间尺寸约束的齿轮传动系统优化设计的研究较少。本文对双轮铣槽机传动系统的优化设计进行了深入研究，以最小体积为优化目标，以第一、第二级行星传动的传动比和锥齿轮传动的齿宽系统为设计变量，建立双轮铣槽机铣轮传动系统的优化模型，利用Matlab的优化工具进行优化，行星传动系统图求解得到传动环节体积的优化最小值以及相应的各级2行星传动系统优化设计主要参数，获得了较好的优化效果，明显降低了传动系本文针对目前齿轮传

4、动系统优化设计研究中所存统的体积，对于传动系统设计具有很好的指导意义。在的各级优化目标单一的缺点，将双轮铣槽机铣轮传l双轮铣槽机传动系统动系统的优化设计分为两个部分：整体优化设计和单双轮铣槽机是一个大型的工程机械，包括铣轮传级优化设计。·6·杨诗鸿等／双轮铣槽机传动系统的优化设计整体优化设计以第二、第三级行星传动的传动比值，由于小锥齿轮分度圆直径d和第二、第三行星传和第一级锥齿轮传动的齿宽系数为设计变量，以各齿动太阳轮分度圆直径d与d。，是关于设计变量的函轮传动的总体积最小为目标函数。三个设计变量都是数，故也可由此求出。单级优化设计根据第一步整体连续变量，

5、可以规避混合离散变量问题。单级优化设优化设计得出的数据来进行。计将以整体优化设计的结果为输入，以小锥齿轮和太阳2．2．1锥齿轮的优化设计轮的齿数和模数为设计变量，以与整体优化设计结果相根据整体优化设计得出大端分度圆直径d．和齿差最小为目标函数。单级优化设计以枚举法进行计算。宽系数，并由公式i=÷得出传动比i。的值，锥齿232．1整体优化设计轮以此为已知条件，进行优化设计。2．1．1设计变量和目标函数a．设计变量。锥齿轮单级优化设计以大端模数整体优化设计以第二级行星传动的传动比i：、第m和小锥齿轮齿数这两个独立参数为设计变量。三级行星传动的传动比i和第一级锥

6、齿轮传动的齿宽X=[，]=[m，](6)系数这三个独立参数为设计变量。b．目标函数为X=[，，，]=[i。，i，，](1)，(X)：min(m。一d)(7)整体优化设计以三级传动的总体积最小为目标函c．约束条件。包括齿数为正整数，且12≤z。≤数，目标函数为30，m需符合国家标准和强度条件。_厂(X)=min(锥l+锥2+j1+2)(2)2．2．2行星齿轮的优化设计2．1．2约束条件行星齿轮的单级优化设计，以整体优化设计得出a．边界约束条件。边界约束条件包括传动比，锥的传动比i(k=2，3)及太阳轮分度圆直径d。(k=2，齿轮齿宽系数和锥齿轮的传动比等均有

7、一定的取值3)为输入进行。范围。a．设计变量。行星齿轮单级优化设计以太阳轮b．等式约束条件。两行星级传动比分配的原则模数m和太阳轮齿数z这两个独立参数为设计变量。是径向尺寸大致相等。而行星齿轮内齿轮分度圆直径X=[。，]=[m，](8)基本上决定了行星齿轮的径向尺寸，因此本文按各级b．目标函数为内齿轮分度圆直径大致相等分配两行星级传动比。第，(X)=rain(mz。一d。)(=2，3)(9)三级与第二级行星齿轮内齿轮之比为1～1．2，初取c．约束条件。包括为正整数，且13≤Z≤30，m1．1。等式约束即为需符合国家标准，行星齿轮配齿条件重合度约束，强度条件

8、，不产生过渡曲线干涉约束和齿顶不过薄约束。(3)3优化设计结果分析