地下铲运机工作装置数字优化设计.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程20lO年第4期地下铲运机工作装置数字优化设计刘钊，杨忠炯(中南大学机电工程学院，长沙410083)摘要：z型反转六连杆机构是地下铲运机工作装置的重要组成部分，通过建立某型号地下铲运机工作装置数学模型，采用复合形法的修正算法对其进行优化设计；对优化后铲运机工作装置主要性能进行分析评价。结果表明，经过优化，工作装置的各项性能均得到提高和完善，满足企业对工作装置的改进和更新要求。关键词：地下铲运机；工作装置；六连杆机构；复合形法；数字优化设计中图分类号：Ⅱ)421文献标识码：A文章编号：

2、167lql33(20lO)04—0111—05D蟾italoptimumdesignofarmsystemofload-haul-dumpuIlitUUZh∞，YANGZhong-jiong(CoUegeofMechaIlicalEngineering，CentralsouthUIliversity，Changsha410083，China)Abstract：nesix-b缸linkagemech锄ismofZst)，leis觚iIldispemablepalt0fLHD(kad—H汕l—D_umpU血)删8ystem

3、．Aimedatoptimiz砒i蚰desi班ofthe8ix—b盯Iinkage，a咙nhemalicai咖delof山esix—b缸l慨w鼬8etup．甜妇叩tirni牝dme删)delwitlIamodifiedaIg而thmofcomplexmethod，姐alysi8蚰de、柚uati∞oftlleInainpe而nn锄ce“tlle删8ystemwemc删edthr伽gh．Acco耐ingtotlleanalysis，“i8sho帅that山ecomprehe璐ivepe—．0mlaneeoftllework

4、ingmech粕ismw鹪impmved，粕dtheschemecaIlbeappliedto陀novati伽∞imp阳岬ementofthe釉system．Keywords：LHD；蜘system；si】【一barlinkage；complexm如od；di西taloptim啪desi印0引言修正，使其满足此优化设计的要求眨31。地下铲运机(kad．Halll—DumpUnit，LHD)简称铲运机，是专门为地下作业设计的～种矮车身，中央铰接前端装载的铲装、运输和卸载联合作业设备。铲运机工作装置是完成装卸作业并带液压缸的

5、空间多杆机构，是组成铲运机的关键部件之一，其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏，进而影响整机的工作效率、工作负荷、动力与运动性能等¨J。传统的工作装置设计方法，不易获得各项指标都比较满意的设计方案，不仅设计效率低，而且对样机的依赖性较强，难于创新。因此，对工作装置进行基本现代设计方法的数字优化设计就显得非常重要。复合形法是求解约束非线性最优化问题的～种重要的方法，其迭代计算只需要计算目标函数值，无需求其导数，适用于无法给出目标函数的显式数学表达式而仅知其具体算法的优化问题的求解。在铲运机工作装置优化问题中，由于约束

6、条件的多样性，其寻优可行域可能为一个非凸集。采用常规的约束复合形法迭代方法求解时，会出现计算收敛性变差和计算效率大大降低的情况。因此，通过对常规算法进行1工作装置的优化设计1．1数学模型的建立对确定型号的铲运机来说，在功率一定的情况下，工作装置的掘起力与掘起速度存在着一种反比关系，并且在实际工作过程中，铲运机很少在最大掘起力状态工作。通常在满足一定的掘起力条件下提高铲斗的掘起速度，可以优化出更加完美的工作装置。1．1．1设计变量的确定选取工作装置处于地面铲掘位置时，斗尖触地，斗底面与地面成30～50的夹角，简化之后铲斗底

7、面与地面平行，工作装置模型如图1所示。选取此工况作为工作装置优化设计的标定工况。合理地减小模型的规模将有利于优化模型的控制，使关系清晰，减小优化难度；另外，为了节约成本，避免整体结构发生大的变动，本次优化采取如下处理：动臂和转斗油缸与前车架的铰接位置、铲斗的结构尺寸均不改变；为了不影响工作装置的整体性能，动臂长度亦不变动；动臂油缸提升机构的参数不作为设计参数；将油缸参数作为常量处理。确定不变量之后，通过分析发现，要111现代制造工程2010年第4期设备设计／诊断维缈再制造得到一个确定的工作方案只需要确定兄，尺，，R。，嬲

8、：，蛾，叩，的参数值，因此选择上述参数作为反转六杆机构的优化设计变量X为：x=[R4，R5，R6，u岛，HDj，叻3]=[菇l，戈2，石3，戈4，菇5，戈6]⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)图1中：点A、曰、C、D、E、F分别表示各构件之间的铰接点；点F为转斗油缸与前车架的铰接点；点G为动臂与前车架的铰接点；RhR：、JR，、