基于拓扑优化的装载机工作装置结构轻量化设计

基于拓扑优化对装载机工作装置结构进行轻量化设计,建立装载机工作装置的有限元模型,在五种工况下对工作装置进行有限元分析,得到应力云图,显示动臂的应力裕量较大。通过HyperWorks软件Optistruct模块建立动臂参数化模型,以质量最轻为目标函数,以动臂两侧板各单元相对密度为设计变量,以结构强度和刚度为约束条件,进行轻量化设计。结果表明,在满足结构强度和刚度的条件下,动臂的质量减轻19.25%。对优化前后的动臂实体模型进行模态分析,确认前六阶频率和振型变化不大,动臂的动态性能稳定可靠。     

基于代理模型的机械式挖掘机动臂轻量化设计

动臂是机械式挖掘机工作装置的重要组成部分,如何减轻动臂质量是挖掘机结构设计中最为关注的问题。动臂结构复杂,利用传统的高精度仿真模型进行仿真优化需要耗费大量的时间和精力。我们以太原重工WK-55型机械式挖掘机动臂为研究对象,利用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS建立动臂参数化模型,对其进行静力学分析。选取动臂上翼板、腹板和下翼板厚度作为轻量化的优化设计变量,利用代理模型技术对结构进行优化。结果表明,在动臂结构满足刚度、强度要求的情况下,质量减小了3.5%。证明代理模型优化方法对动臂轻量化设计具有一定指导意义。     

应急救援排障工程车作业动臂轻量化研究

为提高应急救援排障工程车工作装置的动态性能和工作效率,降低油耗,基于各向同性材料惩罚模型的(SIMP)多目标拓扑优化方法对其工作装置进行拓扑优化。采用折中规划法建立综合目标函数,用其加权频率特征值倒数的方法来抑制频率目标函数的振荡现象,在确定目标函数权衡系数中提出了一种基于迭代初始值的新方法。运用数学理论准确推导出动臂各铰接点的受力,引入坐标轮换变换解决动臂不同位姿下同时进行拓扑优化的问题。为得到工艺要求的结构,以拓扑结果为参考对动臂结构进行改进,以钢板的厚度为变量对其进行尺寸优化,得到满足复杂工况作业刚度、振动频率要求的动臂结构。优化后动臂的质量下降了12. 65%,结果表明该方法优化效果较好。     

GA-PSO混合算法的工作臂铰点优化设计

现有施工装置中离不开挖掘机工作臂,但在工作过程中因承载和振动,造成铰接点销轴破裂。为了提高工作的可靠性,通过SolidWorks软件建立模型,分析由铲斗、斗杆、动臂及其油缸构成平面连杆机构工作原理;建立动臂动力学模型,借助齐次矩阵方法分析各部件的铰点位置参数,得到各铰点受到外力和力矩;以动臂各铰点受力为优化目标,以各铰点坐标参数作为设计变量,以动臂油缸所做功为约束条件,实现目标函数模型建立。借助GA-PSO混合算法,进行选择、变异和交叉操作,提高工作臂的优化设计参数精确度;结合ADAMS软件,得到优化后和优化前铰点受力曲线,实现了优化后铰点受力小于优化前。同时,为相关农业机械的研究提供理论研究基础。     

动臂塔式起重机整体结构优化设计的研究

通过对动臂塔式起重机塔身和起重臂的主要结构参数进行灵敏度分析,确定了优化设计变量,建立了以提高动臂塔式起重机固有频率为优化目标的结构动态优化数学模型,优化结果表明,增大塔身截面边长和减小塔身横腹杆与起重臂参数不仅有效的提高了动臂塔机动刚性,并可降低结构总质量。     

一种起重机伸缩臂多目标优化方法及试验

研究一种将参数化建模、有限元仿真、疲劳分析和数值寻优算法相结合的伸缩臂优化方法。建立了随车起重机伸缩臂的参数化模型,进行不同工况下的伸缩臂动静态性能和疲劳寿命分析,并对模型进行了试验验证。以伸缩臂外形尺寸为设计变量,利用最优拉丁方试验设计方法建立样本空间,构造径向基函数近似模型。在此基础上,建立了伸缩臂的涉及到动静态性能、疲劳寿命及自身重量的多目标优化方法及模型。优化结果表明,在保证动静态性能和寿命要求的条件下,伸缩臂重量减少了6.76%。     

立板机动臂翻转结构优化设计与研究

针对现今装配式建筑预制墙板的安装问题,设计了一种新型墙板立板机,通过动臂翻转机构实现末端抓取装置俯仰位姿调节,进而实现预制墙板定位安装作业。其中,动臂翻转机构属于液动连杆机构,通过力学仿真分析发现,动臂起落机构属于主要承力机构,驱动油缸负载最大。为此,针对动臂起落机构建立尺度优化模型,以驱动油缸的最大负载最小为目标函数,基于复合形法优化算法求得动臂翻转机构最优尺度参数,优化后驱动油缸最大负载降低36%左右,驱动油缸性能显著提升;通过Creo软件建立虚拟样机,进行了刚体动力学仿真分析,验证了机构尺度优化模型的可行性;最后,进行样机研制及其施工试验,动臂翻转机构工作性能符合设计要求。     

基于Adams软件的抓料机油缸铰点位置优化

建立抓料机力学模型,基于Adams软件对抓料机动臂油缸的铰点位置进行多变量参数试验,分析各参数对目标函数的影响.以动臂油缸作用力最小为目标函数,对抓料机油缸铰点位置进行优化,为后续抓料机整机多目标联合参数优化提供了参考.     

基于ANSYS的装载机立式动臂的有限元分析及优化设计

依据装载机的作业特点,对立式动臂在铲掘位置进行静力学有限元分析,计算出动臂的应力分布云图,并在有限元分析结果的基础上提出动臂结构的改进方案。优化后的仿真结果表明,在保证动臂满足工作性能要求的前提下,经优化设计后的动臂受力情况和结构形状得到了合理的改善。该基于ANSYS的有限元分析和优化设计方法提高了设计速度和设计质量,降低了生产成本。     

基于RecurDyn和ANSYS的液压挖掘机动臂结构优化设计

液压挖掘机动臂存在设计冗余的问题,为了对动臂的截面参数进行优化,首先对动臂的铰点受力进行了分析,建立了多体动力学模型,通过刚柔耦合动力学仿真,确定了动臂的各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单因素静力学仿真试验,建立了臂截面参数与最大等效应力之间的单因素数值拟合模型,通过多因素正交仿真试验,建立了多因素复合数值拟合模型,并将试验值与数值模型计算值进行比较,验证了模型的准确性。最后,以最大等效应力的最小值和抗弯截面系数的最小值为优化目标,利用遗传算法进行参数优化,获取最优设计变量。优化结果表明,优化后的截面参数较常规设计更能综合发挥材料的能力,优化方法为减少冗余设计提供了参考。     

挖掘机动臂加工工艺分析及夹具设计

动臂是挖掘机的主要组成部分,机加时常用的检测工具找正困难、费时费力。针对某型号履带式挖掘机动臂的结构特点与功能要求,通过对其机加工艺分析,设计出动臂机加的一套组合夹具。通过现场验证,新设计的夹具定位可靠、准确、迅速,实用性较强,满足了动臂批量生产的要求。     

基于ANSYS的汽车起重机吊臂的动态分析

基于ANSYS软件对汽车起重机整体吊臂进行了有限元模态分析,提取影响吊臂性能的模态振型和频率,从而了解各种工况不同频率载荷对整体吊臂的影响和吊臂整体动态刚度特点,为吊臂设计和改造提供理论依据。     

凿岩台车钻臂工作空间求解

钻臂工作空间作为凿岩台车的主要参数,是研究凿岩台车的重要部分.以某型号台车钻臂为例,建立其三维模型.将钻臂简化为多关节机器人,简化过程中合并一些相同功能的杆件,尽量减少运动学方程中变量的个数;运用D-H方法建立其运动学方程,通过相应转换矩阵和坐标的运算,可以得到钎杆顶端在底板坐标系中的坐标值是各关节变量的函数,即工作空间的运动学方程;最后在MATLAB中根据建立的运动方程编程求解钻臂的工作空间.     

一种挖掘机动臂板厚的优化设计方法

在施工过程中,动臂可能因板厚设计过薄而出现开裂甚至断裂的现象,因此挖掘机动臂板厚的优化设计十分重要。为此,提出了一种挖掘机动臂板厚的优化设计方法。首先,根据有限元理论和板壳理论建立了板壳应变与板厚优化设计的数学模型。然后,提出了基于ANSYS的优化设计实现方法。最后,利用某挖掘机的动臂板厚优化实例进行验证,验证结果表明该优化设计方法的可行性和有效性。     

液压挖掘机动臂动作节能研究

针对液压挖掘机在动臂动作时有较大节流损失的问题,该文以22T某型号正流量挖掘机为例,分析了动臂普通流量再生回路的原理并建立数学模型和Amesim仿真模型,并在此基础上提出了新型的动臂液压回路的节能方案。通过对两种动臂液压回路节能方案仿真结果对比分析,得出新型动臂液压回路比普通流量再生回路更加节能。     

基于模态综合法的起重机臂架模态特性分析

为了研究起重机组合臂架的计算模态特性以及变幅时由于几何形态的变化导致模态特性的动态变化,依据空间有限元法,采用Euler-Bernoulli梁单元建立门座起重机组合臂架的有限元模型;采用一种多子结构系统的模态综合法对臂架进行模态分析,研究了变幅时臂架的几何关系,最终得到起重机臂架的模态特性以及变幅时模态特性的动态变化过程。文中所述分析方法对于门座起重机这种特殊的组合臂架结构的结构设计和安全评估有一定借鉴意义。     

多功能高空作业平台伸缩臂的有限元分析与优化

伸缩臂是起重机最重要的承载部件,其强度直接影响起重机的可靠性和安全性。以检修变电站某种类型的互感器为对象,对现有的起重机进行深入研究,研制一种集高空作业平台和起重机于一体的多功能高空作业平台,在分析整机承载多种工况的基础上,针对伸缩臂的受力特点,建立了有限元模型,并进行有限元分析和优化。分析结果表明,原伸缩臂的结构存在设计缺陷,在进行结构改进和离散尺寸优化后,伸缩臂各构件受力均匀,重量减轻16.11%,满足强度要求,最终获得了较为理想的伸缩臂结构。     

全地面起重机超起装置对臂架受力影响研究

全地面起重机在安装超起装置后属于内力静不定问题,文中用经典力学中的能量法探讨该静不定问题,进而求解出超起装置各构件和臂架的受力。并编制相应计算程序,以QAY350全地面起重机为例,计算某一工况下臂架承受的最大应力,并与未安装超起装置时臂架的受力进行对比。最后研究超起装置各构件参数对臂架受力的影响。分析研究结果表明,全地面起重机在安装超起装置后臂架承受的弯矩和最大应力明显减小;超起撑杆与臂架垂直时,臂架承受的最大应力最小;以臂架变幅油缸上铰点处截面受力为考核点,可知超起撑杆安装位置越靠近变幅油缸铰点,臂架受的最大应力越小;超起撑杆的长度增加到某一值时,臂架承受的最大应力不再随超起撑杆的长度增加而变小,而是始终保持不变。     

大型起重机回转过程动态特性分析

基于柔性多体系统动力学理论,研究了大型起重机回转机构动态特性.用拉格朗日方法建立了动力学控制方程,由三维有限元法对吊臂进行了离散.根据回转机构的特点建立坐标系,并选择广义坐标计算了风载荷产生的广义力.建立了支撑杆单元,由虚功原理计算了支撑杆产生的广义力.用ANSYS软件计算了机构振动的固有频率和相对应的振型.仿真结果表明,吊臂端点振动的位移同起重机上车绕定轴旋转的角速度成正比,最大振动位移发生在起重机制动阶段.     

正流量挖掘机动臂液压系统仿真与实验研究

 正流量液压挖掘机主泵提供的流量与给定的控制信号成正比例关系,可以实现流量的按需供给,操控性好,传动效率高,在中型挖掘机中得到广泛的应用。液压挖掘机的动臂动作频繁,能量消耗大,对动臂动作的研究具有重要的意义。以正流量挖掘机动臂液压系统为研究对象,建立了动臂液压系统的仿真模型,并在样机上进行了实验测试。结果表明正流量挖掘机起臂时主泵的压力裕度为1.5 MPa,落臂时主泵的压力裕度为0.5 MPa,正流量控制挖掘机的动臂缸控制特性很好的体现了驾驶意图,操控性好,传动效率较高。