本文關(guān)鍵詞：輪式裝載機工作裝置多學科協(xié)同優(yōu)化技術(shù)的研究　出處：《集美大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：輪式裝載機是一種廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機械。工作裝置是輪式裝載機直接實現(xiàn)鏟裝物料的機構(gòu)，工作裝置設(shè)計合理與否關(guān)系到整機的結(jié)構(gòu)尺寸、作業(yè)效率、作業(yè)成本和使用壽命。工作裝置優(yōu)化設(shè)計時需要考慮鏟斗截面幾何形狀，需要考慮連桿機構(gòu)9個鉸接點的位置，需要考慮機構(gòu)撕裂、干涉、平移性、自動放平性等性能約束，已有的研究通常針對工作裝置鏟斗機構(gòu)或連桿機構(gòu)某一部分進行。工作裝置是一個整體，對各個部分分別進行優(yōu)化然后進行組合顯然難以實現(xiàn)整體最優(yōu)，，因此本文將多學科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計的思想引入到工作裝置設(shè)計中來。 主要研究內(nèi)容包括： 在第一章中首先介紹了裝載機工作裝置優(yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀及存在的問題，然后介紹了多學科綜合優(yōu)化設(shè)計基本思想和主要研究內(nèi)容，最后提出將多學科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計思想應(yīng)用到工作裝置設(shè)計中。 在第二章中首先介紹了輪式裝載機工作裝置傳統(tǒng)設(shè)計過程，然后提出將裝載機工作裝置分解為機構(gòu)學和結(jié)構(gòu)學兩個子學科，建立了工作裝置多學科協(xié)同優(yōu)化過程模型，以指導第三章、第四章和第五章的優(yōu)化。 第三章對工作裝置機構(gòu)學子學科進行優(yōu)化。工作裝置機構(gòu)學子學科又分為鏟斗機構(gòu)子學科與連桿機構(gòu)子學科，鏟斗機構(gòu)子學科的優(yōu)化采用無約束條件優(yōu)化算法與靈敏度分析相結(jié)合的方法，連桿機構(gòu)子學科在靈敏度分析的基礎(chǔ)上采用罰函數(shù)-遺傳算法進行優(yōu)化。通過靈敏度分析，找出了對工作裝置優(yōu)化設(shè)計影響程度較大的設(shè)計變量，使得設(shè)計人員在進行工作裝置優(yōu)化設(shè)計和設(shè)計變更時可以重點考慮。 第四章對工作裝置結(jié)構(gòu)學子學科進行優(yōu)化。裝載機工作裝置包括鏟斗、動臂、搖臂等多個部件，由于工作量的原因本文只對動臂進行了研究。采用基于數(shù)值計算的有限元法對動臂進行了結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化，并對動臂結(jié)構(gòu)設(shè)計變量進行了靈敏度分析，為第五章多學科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計準備初始條件與結(jié)構(gòu)學子學科局部靈敏度值。 第五章根據(jù)第三章和第四章的分析結(jié)果，采用改進的基于全局靈敏度法方程的并行子空間算法，對工作裝置機構(gòu)學子學科優(yōu)化和結(jié)構(gòu)學子學科優(yōu)化進行了綜合，以某型號裝載機為例進行了運動學仿真，與優(yōu)化前的模型進行了比較分析，結(jié)果表明多學科優(yōu)化方法能改進工作裝置主要工作性能。 最后對全文進行了總結(jié)和展望。
[Abstract]:Wheel loader is widely used in highway, railway, building, hydropower, port, mine and other construction projects of earthwork construction machinery. The reasonable design of the working device is related to the structure size, work efficiency, operation cost and service life of the whole machine. The geometry of bucket section should be considered in the optimum design of the working device. It is necessary to consider the location of nine hinge points of the linkage mechanism, and the performance constraints such as mechanism tearing, interference, translation, automatic flattening and so on. The existing research is usually aimed at a part of the bucket mechanism or the connecting rod mechanism of the working device. The working device is a whole, so it is obviously difficult to achieve the overall optimization by optimizing each part separately and then combining it. Therefore, this paper introduces the idea of multidisciplinary cooperative optimization design into the design of working device. The main research contents include: In the first chapter, the current situation and existing problems of the optimization design of the loader's working device are introduced, and then the basic idea and main research contents of the multidisciplinary integrated optimal design are introduced. Finally, the idea of multidisciplinary cooperative optimization design is applied to the design of working device. In the second chapter, the traditional design process of the wheel loader working device is introduced, and then the loader working device is decomposed into two subdisciplines: mechanism and structure. A multidisciplinary collaborative optimization process model is established to guide the optimization of chapters 3, 4th and 5th. The third chapter optimizes the working device mechanism subdiscipline, which is divided into bucket mechanism sub-discipline and linkage mechanism sub-discipline. The subdiscipline of bucket mechanism is optimized by the combination of unconstrained optimization algorithm and sensitivity analysis. On the basis of sensitivity analysis, the sub-discipline of linkage mechanism adopts penalty Function-genetic algorithm to optimize. Through the sensitivity analysis, the design variables which have a great influence on the optimal design of the working device are found out. So that designers in the design of the optimal design and design changes can be considered. Chapter 4th optimizes the subject of working device structure. The loader working device includes several parts, such as bucket, moving arm, rocker arm and so on. Because of the workload, the structure of the arm is analyzed and optimized by using the finite element method based on numerical calculation, and the sensitivity analysis of the structural variables of the arm is given. The initial conditions and local sensitivity of structural sub-discipline are prepared for 5th chapter multidisciplinary collaborative optimization design. In Chapter 5th, according to the results of Chapter 3 and Chapter 4th, an improved parallel subspace algorithm based on the equation of global sensitivity method is adopted. This paper synthesizes the optimization of working mechanism subdiscipline and structural subdiscipline, and takes a certain type of loader as an example to carry out kinematics simulation, which is compared with the model before optimization. The results show that the multidisciplinary optimization method can improve the main working performance of the working device. Finally, the full text is summarized and prospected.
【學位授予單位】：集美大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH243

【參考文獻】

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本文編號：1428897