基于Matlab的自行式高空作业平台转向机构优化设计.pdf

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1、基于Matlab的自行式高空作业平台转向机构优化设计王斌江苏徐州工程机械研究院徐州221004摘要：针对自行式高空作业平台转向机构的特点，建立转向梯形机构的数学模型。根据阿克曼原理，得到实际转角和理论转角的误差函数。利用Matlab优化工具箱，优化转向梯形的底角和梯形臂，使转角误差的最大值降到最小，得到优化后的转向梯形结构。关键词：自行式高空作业平台；转向梯形；阿克曼转向原理；Matlab中图分类号：TH211．6文献标识码：A文章编号：1001—0785(2015)11—0033—03Abstract：Inviewofthecharacter

2、isticsofthesteeringmechanismoftheself-propelledaerialworkplatform，themath—ematicmodelisdevelopedforsteeringtrapezium．AccordingtoAckermansteeringprinciple，theerrorfunctionbetweentheactualturningangleandtheoreticturningangleisgained．TheMatlaboptimizationtoolboxisusedtooptimize

3、thebasean—gleandthearmofthesteeringtrapeziumandminimizethemaximumeroroftheturningangle，togettheoptimizedsteeringtrapeziumstructure．Keywords：self-propelledaerialworkplatform；steeringtrapezium；Ackermansteeringprinciple；Matlab自行式高空作业平台可使操作者在工作平台的转角满足式(1)。上控制整车行走，其广泛应用在市政、船厂、建筑等

4、高空作业领域。自行式高空作业平台一般采用自制底盘，其转向特性对整车的操作稳定性、轮胎磨损等有重要影响J。常用的转向方式有电控式液压助力转向和机械式液压助力转向。电控式液压助力转向是通过安装在转向轮主销处的角度传感器检测转向角度，输出的电信号控制转向液压缸的行程，可精确实现车轮转向，但是成本较高。机械式液压助力转向采用液压缸动力转向图1转向原理杆系实现转向，制造成本较低，应用广泛。本文所述的自行式高空作业平台采用四轮驱动、前轮c。t—c。q3=EG-FG=M(1)转向的形式，转向部分使用转向梯形四连杆结构。式中：Og为外侧转角，为内侧转角，为整车

5、轴距，为两转向主销之间距离。1转向梯形机构由式(1)得到理想的内轮转角1)转向原理=兀／2-atan(一M)(2)自行式高空作业平台行驶速度慢、承载负荷大，转向时假设轮胎为刚性且不考虑轮胎侧偏角2)转向误差数学模型和外倾角影响，两转向轮轴线延长线相交在后轴在实际的转向机构中，根据经验设计，初定延长线上，如图1所示。由阿克曼原理可知，转向梯形机构如图2所示，其中转向支架和车桥整车的转向轮无侧滑作纯滚动转向时，内外车轮．通过转向主销铰接，转向液压缸作为该转向机构《起重运输机械》2015(11)一33—的动力。当向某侧转向时，该侧转向液压缸伸出，推动

6、转向支架绕主销旋转，带动轮胎偏转，通过y—一一撇惦【一~／M2+m2_2MmcosT+)一转向梯形横拉杆带动另一侧转向支架绕主销旋转，眦盯∞。。嬲fI兰竺竺1J(9)主销、转向梯形横拉杆等组成转向梯形ABCD，由图3的几何关系计算内侧转角的关系式。设计转向机构时，要使转向输出角度尽可能接近阿克曼原理的理论计算值，降低转向误差，转向误差定义为实际内轮转角和理想内轮转角的差值／M．．mCOS，JL，v、△=一卢。—arcc。(／M1v12：m2"~2／．M1V1m'cossy+aOt)—f_-mcos(2T)+2McosT-Mcos(y+a)arc

7、co8I＼~／，=——+—m—2——————————一l一—2Mmcosy+O／／1．轮胎2．转向支架3．主销号+atan(1／tan—M／L)(1o)4．转向梯形横拉杆5．车桥6．转向液压缸图2转向梯形机构2转向机构优化2．1目标函数自行式高空作业平台转向时，其实际转角应尽可能接近理论计算值，即应使实际转角和理论转角的最大差值尽可能小，因此，将目标函数定义为图3转向梯形机构实际计算简图minf()=min{maxI卢。一l}(11)2．2设计变量如图3所示，转向梯形ABCD转过一定角度后梯形底角和梯形臂m作为设计变量。=(1，2)=(，m)(

8、12)为ABCD，连接B点和D点，对于梯形ABCD。有2．3约束条件b=M一2mcosT(3)转向梯形机构作为一个双摇臂四连杆机构，为在AABD和AB