移箱機(jī)構(gòu)是高速水稻插秧機(jī)重要構(gòu)成部分之一,其任務(wù)是在栽插秧苗的過(guò)程中完成橫向送秧工作,該性能的好壞直接關(guān)系到插秧機(jī)工作性能的穩(wěn)定性。移箱機(jī)構(gòu)的性能取決于機(jī)構(gòu)參數(shù)的配置,性能較好的移箱機(jī)構(gòu)移動(dòng)送秧速度平穩(wěn),保證秧苗栽插均勻、機(jī)構(gòu)振動(dòng)小,因此移箱機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化是移箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一。本文螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化是多目標(biāo)、優(yōu)化變量存在耦合的非線(xiàn)性復(fù)雜的問(wèn)題,該設(shè)計(jì)優(yōu)化涉及動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)多個(gè)學(xué)科且學(xué)科之間存在相互影響,傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)難以滿(mǎn)足移箱機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)要求,因此開(kāi)展了螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化研究。主要完成工作總結(jié)如下:(1)研究了多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)框架、尋優(yōu)策略和靈敏度分析的相關(guān)理論,將機(jī)械領(lǐng)域較常使用的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行對(duì)比分析研究,確定將松弛協(xié)同優(yōu)化方法作為螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)的優(yōu)化方法。(2)利用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)分解理論結(jié)合所研究的螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將系統(tǒng)分解為動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三個(gè)子學(xué)科。針對(duì)分解的學(xué)科進(jìn)行分析,明確每個(gè)學(xué)科的優(yōu)化變量、優(yōu)化目標(biāo)以及約束條件,構(gòu)建學(xué)科優(yōu)化模型。選擇每個(gè)學(xué)科合適的優(yōu)化算法,對(duì)每個(gè)學(xué)科進(jìn)行優(yōu)化。(3)在此基礎(chǔ)上,針對(duì)單學(xué)科仿真模型計(jì)算效率低,多學(xué)科并行優(yōu)化難以收斂的問(wèn)題,引入近似模型方法來(lái)代替仿真模型。利用計(jì)優(yōu)化拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)得到樣本點(diǎn),構(gòu)造螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)的克里格近似模型,并對(duì)建立的近似模型進(jìn)行誤差分析,確定精度以滿(mǎn)足要求。(4)基于Isight軟件搭建了多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化平臺(tái),進(jìn)行螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明,優(yōu)化后的螺旋軸一階固有頻率由236.428Hz提高到259.534Hz,增加了9.77%,有效提升了螺旋軸的抗振性能;移箱機(jī)構(gòu)工作運(yùn)行時(shí)滑套的最大加速度由9.838e4mm/s~2減小至9.013e4mm/s~2,降低了8.39%,減少了沖擊與磨損;機(jī)構(gòu)的重量由2126.17g減小至1848.31g,降低了13.07%,使得結(jié)構(gòu)更加緊湊,降低制造成本,有效提高移箱機(jī)構(gòu)的綜合性能,在降低重量的同時(shí),顯著提高了機(jī)構(gòu)運(yùn)行的平穩(wěn)性和精準(zhǔn)性。
【學(xué)位單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：S223.91
【部分圖文】：

多多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化平臺(tái)，利用構(gòu)建的克里格近似模型代替原模型進(jìn)行了螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化，計(jì)算得到了優(yōu)化結(jié)果并將協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果與單學(xué)科優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析研究，證實(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化的有效性。1.3.2 技術(shù)路線(xiàn)螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)路線(xiàn)如圖 1-1 所示。

2 螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化框架及方法研究多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法 是一種通過(guò)全面的搜索且借助工程問(wèn)題中學(xué)科與學(xué)科之間的協(xié)調(diào)機(jī)制，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題提出的一種優(yōu)化方法。該技術(shù)主要包括系統(tǒng)分解系統(tǒng)建模和 MDO 尋優(yōu)策略等幾個(gè)方面組成[64]，如圖 2-1 所示。

(a) (b)圖 2-2 復(fù)雜工程系統(tǒng)優(yōu)化模式Fig.2-2 Optimization patterns of complex engineering system MDO 求解思路DO是一種統(tǒng)籌規(guī)劃的設(shè)計(jì)方法，也屬于并行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其求解思路如圖復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題分解 為相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)學(xué)科的優(yōu)化問(wèn)題和學(xué)科之間的協(xié)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和 MDO 策略的協(xié)調(diào)機(jī)制來(lái)兼顧各模塊之間的耦合作用塊之間的矛盾沖突，減弱系統(tǒng)中相互影響的因素，從而達(dá)到兼顧復(fù)雜系的并行設(shè)計(jì)[64,66]。與傳統(tǒng)串行優(yōu)化模式相比，MDO 方法更能降低系統(tǒng)復(fù)重復(fù)設(shè)計(jì)，有效減短設(shè)計(jì)周期，每個(gè)學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化獨(dú)立，可充分發(fā)揮各學(xué)，分別采用恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化工具對(duì)各學(xué)科進(jìn)行建模優(yōu)化，使得每個(gè)學(xué)科的優(yōu)化效。對(duì)于螺旋軸式移箱機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)既要保證各個(gè)部件發(fā)揮各自的功能，而且箱機(jī)構(gòu)的綜合性能，從整體優(yōu)化設(shè)計(jì)角度出發(fā)，多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法 是準(zhǔn)的方法。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2826207